Недорогой генератор пилообразного напряжения для схем ШИМ импульсных преобразователей

На Рисунках 1 и 2 показана схема генератора пилообразного напряжения для широтно-импульсного модулятора (ШИМ), который можно использовать в недорогих импульсных DC/DC преобразователях. Напряжение питания генератора может варьироваться от 5 до 35 В, а амплитуда выходного пилообразного сигнала может составлять от 0.3 до 1 В. Можно также установить минимальное время выключения, позволяющее ограничить коэффициент заполнения значением 50% для тех магнитных компонентов, которым это необходимо.

Рисунок 1.	Этот генератор пилообразного напряжения можно использовать в цепях ШИМ недорогих импульсных DC/DC преобразователей.

В генераторе пилообразного напряжения (Рисунок 1) использована половина микросхемы сдвоенного компаратора LM393. Вторая половина микросхемы используется в преобразователе для формирования сигнала ШИМ. Амплитуда и частота пилообразного напряжения зависят от опорного напряжения. В качестве недорогого источника опорного напряжения можно использовать обычный красный светодиод. Его прямое напряжение, составляющее примерно 1.7 В, достаточно постоянно в диапазоне комнатных температур. Отношение сопротивлений R₁ к R₂ задает амплитуду пилообразного напряжения относительно опорного напряжения, а элементы R₁, R₂ и C₁ устанавливают минимальное время выключения.

Постоянная времени R₃C₂ определяет период колебаний. Обратите внимание, что параметры цепи R₁, R₂ и C₁ также влияют на период. Примеры результатов для различных конфигураций приведены в Таблице 1.

Таблица 1.

Примеры конфигураций

Частота R3 C2 R1 R2 C1 Приблизительный коэффициент заполнения (%) 500 Гц 120 кОм 100 нФ 1 МОм 220 кОм 10 нФ 100 700 Гц 100 кОм 100 нФ 100 кОм 22 кОм 100 нФ 100 62 кГц 4.7 кОм 10 нФ 100 кОм 22 кОм 10 нФ 95 100 кГц 4.7 кОм 10 нФ 100 кОм 22 кОм 100 пФ 100 200 кГц 2.2 кОм 3.3 нФ 100 кОм 22 кОм 3.3 нФ 60 200 кГц 1.8 кОм 10 нФ 100 кОм 22 кОм 100 пФ 95 400 кГц 2.2 кОм 1 нФ 100 кОм 22 кОм 10 пФ 95 400 кГц 5.6 кОм 2.2 нФ 100 кОм 22 кОм 470 пФ 50

На Рисунке 2, показано использование генератора пилообразного напряжения в 70-вольтовом повышающем DC/DC преобразователе. Преобразователь можно сконфигурировать на любое выходное напряжение – от наибольшего входного напряжения до напряжения, которое может выдержать MOSFET. В данном примере используется дроссель индуктивностью 330 мкГн, но это значение можно легко изменить, выбрав соответствующую частоту ШИМ.

Рисунок 2.	Использование генератора пилообразного напряжения в 70-вольтовом повышающем DC/DC преобразователе.

Обратите внимание, что выходной MOSFET включается небыстро, да в этом и нет необходимости, но зато он быстро выключается. Скорость выключения можно увеличить, добавив p-n-p транзистор 2N4403 между выходом компаратора и подтягивающим резистором. Его базу следует подключить к компаратору, эмиттер – к затвору MOSFET, а коллектор – к земле. Между базой и эмиттером нужно включить резистор 100 Ом.

Схема имеет медленный отклик на скачок нагрузки, скорость которого можно изменять, варьируя постоянную времени R₅C₃. Обратите внимание, что резисторы R₉ и R₅ образуют делитель напряжения, который гарантирует, что наименьшее напряжение ошибки на входе компаратора ШИМ будет выше самой низкой точки пилообразного напряжения. Без резистора R₉ преобразователь работать не может.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments LM393
2. Datasheet ON Semiconductor 2N4403