Простая схема формирования выходных сигналов ШИМ

Texas Instruments SN74HC00N

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

Тюшкевич Л. М., Беларусь

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.

Схема формирователя для моделирования в программе Multisim.
Рисунок 1. Схема формирователя для моделирования в программе Multisim.

Временная диаграмма работы приведена на Рисунке 2.

Временная диаграмма работы схемы Рисунок 1.
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.

Видоизмененная схема формирователя для моделирования в программе Multisim.
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.

Временная диаграмма работы схемы Рисунок 3.
Рисунок 4. Временная диаграмма работы схемы Рисунок 3.

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

Иллюстрация работы макетного образца схемы Рисунок 1.
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 dUC – размах напряжения переключения (dUC = 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

  1. Datasheet Texas Instruments SN74HC00N
  2. Datasheet Avago HCPL-2231
  3. Datasheet Toshiba TLP2108
Цена SN74HC00NSN74HC00N на РадиоЛоцман.Цены — от 0,02 до 25,00 руб.
38 предложений от 18 поставщиков
QUAD 2-INPUT NAND, 74HC00, DIP14; Logic IC Function:00; Logic IC Family:HC; Logic IC Base Number:7400; Current, Output Max:4mA; Voltage, Supply Min:2V;...
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
Триема74HC00N (SN74HC00N)0,02 руб.
AliExpressLM324P LM324N CD4011BE LM339N SN74HC00N TL074CN LM2902N LM2902P CD4071BE CD4071BD SN74HC08N CD4070BE SN74LS08N HD74LS08P3,16 руб.
ЭИКTexas InstrumentsSN74HC00Nот 6,45 руб.
КимTexas InstrumentsSN74HC00N25,00 руб.
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Мудрёно. Да ещё с оптроном в середине, которому место в конце, для развязки.
  • Вы, наверное, ошибаетесь. Конечно, автор немного некорректно изобразил схему с общей землёй для всего. Видимо, так нужно было сделать в симуляторе, чтобы на осциллографе смотреть вход/выход. Предполагается, что в железе 74HC00 питается от источника, не связанного с питанием цифрового оптрона HCPL-2231. И тогда, ввиду наличия развязанного источника питания оптрона, на выходе можно применить инверторы и что угодно, как на схеме рисунка 3. Но всё же автору стоило схему видоизменить, а не публиковать прямо из симулятора. Это вызывает очевидные вопросы. В остальном, схема действительно проста до безобразия и представляет собой генератор и оптрон. Как сюда завести токовую защиту - вопрос нетривиальный. Лучше, всё же, использовать какой-то ШИМ контроллер или что посложнее.