Простая схема формирования выходных сигналов ШИМ

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

Предлагается простая схема формирования выходных сигналов ШИМ. Схема может применяться в двухтактных схемах преобразования энергии для исключения сквозных токов силовых транзисторов. Достоинствами схемы является простота, гальваническая развязка выходных цепей с помощью оптронов, высокая помехозащищенность. Схема промоделирована в программе Multisim. Результаты моделирования представлены ниже.

Схема для моделирования приведена на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Схема формирователя для моделирования в программе Multisim.

Временная диаграмма работы приведена на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Временная диаграмма работы схемы Рисунок 1.

Немного видоизменив схему (установив на выходе инверторы или применив вместо микросхемы HCPL-2231, например, микросхему TLP2108 с инверсными выходами), можно получить инверсные временные диаграммы. Схема приведена на Рисунке 3, а результаты моделирования – на Рисунке 4.

Рисунок 3.	Видоизмененная схема формирователя для моделирования в программе Multisim.

Автором была выполнена проверка на макетном образце схемы, приведенной на Рисунке 1. Результаты проверки показаны на Рисунке 5.

Рисунок 4.	Временная диаграмма работы схемы Рисунок 3.

Величина задержки переключения оптронов составляет порядка 300 нс, что соответствует результатам моделирования (см. Рисунок 2).

Рисунок 5.	Иллюстрация работы макетного образца схемы Рисунок 1.

Величину задержки переключения оптронов HCPL-2231 можно примерно оценить и описать с помощью формул. Светодиоды оптронов обладают выраженными пороговыми свойствами. Для данной микросхемы порог переключения составляет 1.5 В. При переключении микросхемы 74HC00N (элементы U1A, U1B на Рисунке 1) конденсатор С1 перезаряжается до порога переключения второго оптрона. Полный размах напряжения переключения составляет 3 В. Пока идет перезаряд конденсатора С1, оба оптрона выключены. Это и есть время задержки переключения (предполагается, что время включения и выключения самих оптронов одинаково). Средний ток при перезаряде конденсатора можно принять равным

где U – напряжение питания (5 В).

Время задержки можно определить по известной формуле:

где dU_C – размах напряжения переключения (dU_C = 3 B).

Применительно к нашей схеме (см. Рисунок 1)

что соответствует экспериментальным результатам и данным моделирования.

В заключение хочется отметить, что в схеме можно применять непосредственно микросхемы драйверов силовых транзисторов с оптронной развязкой и соответствующими временными задержками.

Материалы по теме