elv DDS101 Bedienungsanleitung Seite 6

werden. Dadurch konnte der in der Oberschale des Gehäuses vorhandene
Raum sinnvoll genutzt werden. Wie schon erwähnt, erzeugen die beiden
Schaltreglerplatinen die benötigten Spannungsebenen für die Filter­
und Endstufenelemente und das OLED­Display.
Das Schaltbild des Moduls PM1 ist in
erzeugt mittels zweier Schaltregler­ICs zwei separate Ausgangsspan­
nungen. Es wird über den Lötanschluss ST1 versorgt und erhält entwe­
der die vom Linearregler IC2 erzeugten 4 V oder die Akku­Spannung. Die
erste Schaltreglerstufe besteht aus einem Step­up­Wandler, der eine
Ausgangsspannung von +5 V erzeugt. Über die beiden am Feedback­Pin
angeschlossenen Widerstände R1 und R2 wird die Ausgangsspannung
definiert und am Lötanschluss ST2 bereitgestellt. Der Kondensator C3
sorgt für eine geringe Rippel­Spannung und kann auch kurze Stromspit­
zen gut kompensieren.
Die zweite Stufe arbeitet mit einem Step­down­Schaltregler, der eine
Ausgangsspannung von ­5 V erzeugt und diese am Lötanschluss ST3 be­
reitstellt. Ähnlich wie bei der ersten Stufe wird die Ausgangsspannung
über das Verhältnis der Widerstände R7 bis R9 am Pin 5 eingestellt. Als
Eingangsspannung wird die in der ersten Schaltregler­Stufe erzeugte
Ausgangsspannung von +5 V verwendet.
Mit den Widerständen R3 bis R5 wird das Start­ und Stopp­Verhalten
des Schaltreglers in Abhängigkeit von der Eingangsspannung definiert.
Dadurch ist gewährleistet, dass der Regler sicher startet, da eine mini­
male Spannung am Eingang vorausgesetzt wird. Zusätzlich stützt der
Kondensator C4 die anliegende Spannung.
Bild 6 zeigt das Schaltbild des zweiten Power­Moduls. Der hier einge­
setzte Step­up­Wandler stellt an seinem Ausgang (ST3) eine Spannung
von ca. 13 V bereit. Auch hier bestimmen wieder die Verhältnisse der
Widerstände am Feedback­Pin (R1 und R2), welche Ausgangsspannung
eingestellt ist. Versorgt wird das Modul ebenfalls mit den vom Linear­
regler IC2 erzeugten 4 V oder der vorhandenen Akkuspannung, welche
am Lötanschluss ST2 anliegt.
Mikrocontroller
Wie in heutigen elektronischen Schaltungen üblich, übernimmt ein
Mikrocontroller (IC1) die Steuerung und Überwachung der Schaltung.
Beim DDS101 kommt für diese Aufgabe ein leistungsfähiger ARM­32­Bit­
Cortex­M3­Controller vom Typ STM32F107RC der Firma ST zum Einsatz,
der durch seine vielfältigen Möglichkeiten, die kompakte Bauform und
seinen geringen Preis besticht. Wie schon erwähnt, wird diese Kompo­
nente mit +2,5 V versorgt. Über den externen 24­MHz­Quarz Q1 wird der
Grundtakt für den Controller bereitgestellt. Aus diesen 24 MHz erzeugt
der Mikrocontroller dann intern seine Arbeitstaktfrequenz von 72 MHz
mittels PLL.
Die Anbindung des Controllers an den DDS­Chip IC4 erfolgt in Form
einer SPI­Schnittstelle, die über die Datenleitungen SCLK, FSYNC und
SDATA realisiert ist. Neben der Steuerung des DDS­Bausteins über­
Bild 6: Schaltbild der Schaltreglerplatine PM2
Bild 5 dargestellt. Dieses Modul
L1
+UB
6,8uH/0,94A
ST2
IC1
ST2*
5
Vin SW
C1
FB
10u
16V
ST1
4
EN GND
TPS61040DBV
ST1*
nimmt der Mikrocontroller auch die Steuerung des
OLED­Displays und die Auswertung der Taster sowie
des Inkrementalgebers. Ebenfalls obliegt dem Mikro­
controller die Steuerung des Verstärkungsfaktors bei
der Endstufe IC5. Dazu wird der interne D/A­Wandler
genutzt, der am Pin 20 eine Steuerspannung auf der
Signalleitung DAC einstellt. Zur Bildung des DDS­
Takt­Signals steht der intern vorhandene 24­MHz­
Grundtakt am Pin 41 des Mikrocontrollers bereit.
Mit dem dahinter folgenden passiven Filter werden
die hochfrequenten Signalanteile, die oberhalb von
32 MHz liegen, gedämpft und die Störaussendung da­
mit minimiert.
Der Laderegler
Das Laden der Akkus erfolgt parallel zum Netzbetrieb
mit dem externen Steckernetzteil. Der Transistor T5
bildet eine Stromquelle, die einen konstanten Lade­
strom von ca. 200 mA erzeugt. Der Ladestrom fließt
über die Diode D1 zu den Akkus. Die beiden Transis­
toren T3 und T4 sind bei angeschlossenem Netzteil
nicht leitend. Die Stabilisierung des Ladestroms ge­
schieht mit der Leuchtdiode D2, die gleichzeitig zur
optischen Ladekontrolle dient. Im Fall, dass über den
Widerstand R10 ein Strom fließt, fällt über D2 eine
Spannung von ca. 2 V ab. Bekanntermaßen weisen
LEDs eine ähnliche Kennlinie wie Z­Dioden auf, so
dass der Spannungsabfall über einer LED, unabhängig
vom Strom, relativ stabil bleibt. Über den fließenden
Basisstrom von T5 wird dieser Transistor leitend, und
es kann ein Strom über D1 in die Akkus fließen. Die
Spannung über den parallel liegenden Widerständen
R4 und R5 ergibt sich aus der LED­Spannung minus
der Basis­Emitter­Spannung von T5. Das Interessante
hierbei ist, dass der Strom durch diese beiden Wi­
derstände konstant bleibt, da die LED­Spannung für
eine Stabilisierung sorgt. Diese Schaltungstechnik
wird als Konstantstromquelle bezeichnet.
Die Steuerung des Ladevorgangs übernimmt der
spezielle Laderegler IC3 vom Typ BQ2002T. Über den
Anschluss CC (Pin 8) wird der Widerstand R10 ge­
gen Masse geschaltet. Die Stromquelle kann also nur
ein­ und ausgeschaltet werden. Der Laderegler IC3
hat zwei Überwachungsfunktionen. Zum einen wird
während des Ladens die Akkuspannung gemessen und
bei Erreichen einer bestimmten Akkuspannung der
Ladevorgang abgebrochen und zum anderen die Tem­
D1
BAT54J
C2
1
22p
50V
3
2
Messtechnik 85
U-OLED
ST3
ST3*
C3 C4 C5
10u 10u 100n
50V 50V 50V
ELVjournal 2/2015