Управление регуляторами с помощью ЦАП (с использованием ШИМ или других источников сигналов) – популярная тема в рубрике Конструкторские идеи. Есть даже особый аспект этой темы, который часто вызывает бурные и противоречивые (даже конфликтные) дискуссии.

Это многочисленные и разнообразные возможности интеграции в конструкцию внутреннего источника опорного напряжения регулятора. Обсуждение, как правило, становится особенно оживленным (а схема – сложной), когда конструкция предусматривает получение выходных напряжений ниже внутреннего опорного напряжения регулятора.

Что можно сделать, чтобы упростить (и снизить накал) дискуссии?

Старое эмпирическое правило гласит, что когда один аспект проблемы усложняет решение, иногда можно найти простое (и лучшее) решение, просто проигнорировав этот аспект. Итак, я решил, просто для интереса, попробовать решить проблему с опорным напряжением регулятора. Результат показан на Рисунке 1.

Рисунок 1.	ЦАП управляет регулятором, игнорируя напряжение его внутреннего опорного источника.

Простая теория работы, представленная на Рисунке 1, основана на дифференциальном усилителе A1.

Если V_DACMAX ≥ V_OMAX, то

R1b опустить.

Если V_OMAX ≥ V_DACMAX, то

R1a опустить.

Усилитель A1 вычитает (соответственно ослабленный) входной управляющий сигнал V_DAC из выходного напряжения V_O микросхемы U1 и интегрирует разницу в паре с цепью обратной связи R3C3. Получаемая отрицательная обратная связь, подаваемая на вывод VSENSE микросхемы U1, не зависит от напряжения VSENSE на этом выводе и, следовательно, не зависит от внутреннего опорного напряжения регулятора U1.

Таким образом, устраняется влияние точности (и неточности) внутреннего источника опорного напряжения регулятора U1, а значит, устраняется и проблема его интеграции в конструкцию.

Оказывается, потенциал достижения действительно высокой точности фактически повышается, если игнорировать опорное напряжение регулятора, поскольку оно все равно редко бывает лучше 1%.

В показанной на Рисунке 1 схеме точность в конечном итоге ограничивается только ЦАП, а высокоточные ЦАП можно собрать без больших затрат. В качестве примера смотрите «Хороший, простой и достаточно точный 16-разрядный ЦАП с ШИМ-управлением» [1].

Еще одна приятная особенность заключается в том, что в схеме на Рисунке 1 в цепь обратной связи не просачивается нежелательный ток смещения. Это смещение обычно составляет десятки микроампер и при небольшой выходной нагрузке может мешать выходному напряжению приблизиться к истинному нулю ближе, чем на десятки милливольт. Здесь такой проблемы нет, если только не учитывать пикоамперы (подсказка: они не считаются).

И я уже упоминал, что это просто?

Да, конечно. Что касается резистора R6: в зависимости от напряжения питания, подаваемого на вывод 8 микросхемы A1, и максимально допустимого напряжения на выводе V_SENSE регулятора U1, может существовать вероятность перенапряжения. Если так, отрегулируйте соотношение сопротивлений R4/R6, чтобы предотвратить это. В противном случае R6 можно не устанавливать.

1. Datasheet Texas Instruments TLV9151