Линейный управляемый преобразователь напряжения
на микросхеме LT3081

Решениями управления выходным напряжением при определенном, ограниченном диапазоне тока, который устанавливается согласно нагрузке, являются каскады на базе преобразователей напряжения. Известно, что схемы преобразователей напряжения глобально делятся на импульсные и линейные, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Типичная схема импульсного преобразователя напряжения с выходом +5В:

01 августа

2023

Задачи разработки электроники и систем на ее основе возникающие у инженеров компании ДИАЛТЕК бывают
очень разные. В одном из проектов, реализованных
компанией ДИАЛТЕК была необходимость плавного управления напряжением до +24В с возможностью ограничения и контроля выходного тока в нагрузке до 1А. При этом требовалось обеспечить минимальный уровень помех, точное задание напряжения и его контроль.

Применение импульсных преобразователей напряжения позволяет практически полностью избежать появления тепловой рассеиваемой мощности в преобразователе при этом обеспечивая токи в нагрузке до нескольких ампер. Одним из основных недостатков импульсных схем преобразования напряжения является повеление помех, вызванных коммутацией силового ключа в схеме преобразователя. Импульсные помехи и высокочастотные шумы являются нежелательными в аналого-цифровых системах, поэтому разработчики часто отказываются от импульсных преобразователей в пользу линейных. Типовые схемы простых линейных преобразователей напряжения:

Кроме получения фиксированных напряжений (питания, в основном), отдельной задачей является разработка управляемых преобразователей напряжения. Рассмотрим интересное на наш взгляд решение задачи управления напряжением на базе микросхемы LT3081.

Рассмотренные схемы являются преобразователями входного постоянного напряже-ния в постоянное, фиксированное, выходное.

Подобная схема преобразователя напряжения используется в нашем температурном контроллере.

Микросхема LT3081 представляет собой продвинутый линейный преобразователь напряжения с возможностью установки выходного напряжения с помощью резистора. С помощью добавления несложного каскада управления микросхема LT3081 может стать основой линейного управляемого преобразователя напряжения. Процесс моделирования такой схемы в программе LTspice показана ниже.

Модель показывает возможность установки выходного напряжения в диапазоне до 24В с током в нагрузке до 1А, предел которого устанавливается резистором R7 на выводе I lim. Управляющее напряжение поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя AD8461 включенного по схеме неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления k = 7.25 . Такой коэффициент усиления управляющего напряжения подобран для того, чтобы обеспечить возможность управления преобразователем напряжения с помощью цифро-аналогового преобразователя с максимальным выходным напряжением +3.3В, как это показано на схеме ниже.

ЦАП управляемый микроконтроллером через интерфейс SPI устанавливает выходное напряжение преобразователя в зависимости от команд пользователя. Напряжение управления масштабируется усилителем и поступает на вход SET микросхемы LT3081. Очевидно, что преобразователь на своем выходе устанавливает такое напряжение, которое в точности равно управляющему напряжению, приложенному к входу SET.

В рамках статьи показан только один, основной, фрагмент схемы итогового устройства. Часть схемы измерения выходного напряжения не описывается в статье, она достаточно простая и является типичной схемой измерения. Безусловным плюсом описанной схемы является наличии встроенной цепи измерения тока подключенной к выводу I mon, которая позволяет легко оценить выходной ток преобразователя напряжения.

Подводя итоги, можно сказать о том, что микросхема LT3081 является привлекательным решением для построения схемы линейного управляемого преобразователя напряжения, обладает приятным набором возможностей, которые упрощают разработку. Однако, несмотря на все положительные моменты, не стоит забывать о том, что при внушительной разнице входного и выходного напряжений и существенных токах нагрузки преобразователь LT3081 неизбежно будет нагреваться, потребуется отводить выделяемое тепло с помощью радиатора.