Простые трехфазные импульсные генераторы с ШИ-регулированием на логических элементах

Схема наипростейшего трехфазного генератора с регулировкой ширины импульсов на выходах может быть выполнена по схеме на рис.1.

Сам генератор выполнен закольцованным включением инвертирующих логических элементов DD1.1…DD1.3, где частота генерации определяется емкостью конденсаторов С1…С3 и их зарядным током, определяемым генератором тока на транзисторах VT1…VT4. Регулировка тока, а, следовательно, частота генерации, производится переменным резистором PR1. Чем лучше подобраны транзисторы, тем меньше разброс времени заряда конденсаторов, меньше разброс скважности выходных импульсов. Чем выше коэффициент усиления транзисторов VT1…VT4, тем большее перекрытие по частоте возможно получить. Однако идентичность выходных импульсов в данном генераторе не является критичной, т.к. изначально он проектировался для раздельной регулировки ширины импульсов в каналах. Регулировка ширины импульсов в каждом из каналов обеспечивается переменными резисторами PR2…PR4, одновременно меняющих, как время заряда-разряда конденсаторов (С4…С6), так и порог срабатывания инверторов DD1.4…DD1.6 путем регулировки начального смещения на входах этих инверторов. Результат такого способа регулирования – изменение ширины импульсов на выходах инверторов DD1.4…DD1.6 в диапазоне 0%...100% от периода исходной «фазовой» последовательности (т.е., с глубоким импульсным перекрытием по фазам) без малейшего влияния, как на частоту задающего генератора, так и параметров соседних каналов. Емкость конденсаторов С4…С6 должна быть не более 1/3 от емкости конденсаторов С1…С3. При меньшем соотношении емкостей инверторы DD1.4…DD1.6 могут «срываться» в режим деления частоты (чем в отдельных случаях можно пользоваться целенаправленно).

Схема генератора на рис.1 непритязательна к используемым микросхемам и способна работать с целым списком, как обычных инверторов, так и инверторами, имеющими триггер Шмитта на входе; как ТТЛ-(К555ЛН1, например), так и КМОП-(CD4069б CD40106, 74HC04, например) инверторами.

Полная версия генератора (который теперь запросто может именоваться, как трехканальный регулятор мощности), в состав которой вошли драйверы ТС4420 и стала возможной установка MOSFET/IGBT-ключей для работы с мощной нагрузкой, приведена на рис.2.

 Для этой версии генератора была изготовлена печатная плата, изображение которой в сборе представлено на рис.3

На плате предусмотрена установка, как КМОП-, так и ТТЛ-микросхем. При использовании КМОП-логики достаточно стабилизатора U1 (+12V). В этом случае устанавливается перемычка или низкоомный резистор в позиции R4. В этом случае и микросхема генератора/формирователя и микросхемы драйверов будут запитаны от напряжения +12В. В случае использования ТТЛ-микросхемы на плату устанавливается дополнительный стабилизатор напряжения U3 (+5V) и устанавливается перемычка в позицию R3. Перемычка в позиции R4 при этом должна отсутствовать.

На плату предусмотрена, как установка обычных потенциометров, так и многооборотных подстроечных резисторов.

При необходимости число каналов генератора можно увеличить до любого нечетного количества звеньев «кольца».

Следующая схема (рис.4) выглядит несколько сложнее и выполнена на двух микросхемах.

На элементе микросхемы DD1.1 собран тактовый генератор; DD1.2 совместно с монтажным 2ИЛИ (R4, VD4, VD5) задает необходимое количество фаз на выходе регистра CD4015/К561ИР2 (DD2.1); DD1.3 по сути является компаратором, обеспечивающим синхронное регулирование ширины импульсов на выходах инверторов DD1.4…DD1.6, на входе каждого из которых включен монтажный 2И. При этом на объединенные катоды диодов VD1…VD3 подается сформированный элементом DD1.3 импульс установленной длительности, на катод каждого из диодов VD6…VD8 подается сформированная пофазно импульсная последовательность. Длительность отрицательного импульса на выходе инверторов DD1.4…DD1.6 равна разности длительностей положительных импульсов на любом из «фазных» выходов регистра и выходе инвертора DD1.3. Длительность выходного импульса регулируется в диапазоне 0%...100% длительности исходного импульса «фазовой» последовательности (т.е., перекрытие фаз при максимальной длительности импульса – исключено).

Генератор разрабатывался для достаточно широкого диапазона частот (от единиц Герц до сотен килогерц), где ШИ-регулирование не может быть однозначным. Так, в диапазоне от 150кГц и выше ШИ-регулирование сильно зависит от емкости монтажа и входных параметров логических элементов, а диапазон устойчивого ШИ-регулирования снижается. В этом диапазоне схема ШИ-регулирования не содержит конденсаторов. Их роль выполняет пресловутая емкость монтажа и входные емкости логических элементов. Для регулирования ширины импульсов на меньших частотах схему стоит выполнить так, как показано на рис.4а.

Схема, изображенная на рис.5, является абсолютным прототипом схемы на рис.4 с той лишь разницей, что вместо отдельных монтажных 2И применена логическая микросхема с набором элементов 2И-НЕ, а выходные импульсы являются положительными.

Схема ШИ-регулирования, показанная на рис.5а, предназначена для регулирования длительности импульсов в широком диапазоне частот. С помощью PR3 производится собственно регулирование длительности, с помощью PR2 – коррекция ширины импульса для выбранной частоты. ШИ-регулирование при этом возможно в диапазоне частот до 300кГц (при номиналах компонентов, указанных на рис.5а).

В обеих версий генераторов (рис.4, рис.5) возможно применение тактового генератора, выполненного по любой схеме (на таймере 555, например). При этом отпадает необходимость обязательного использования микросхем с инверторами, содержащими триггер Шмитта.

Генератор, собранный по схеме на рис.5, был применен в трехфазном регуляторе мощности с синхронным ШИ-регулированием. Изготовленный на макетной плате генератор был смонтирован на печатную плату от 3-канального регулятора мощности (схема на рис.2, плата на рис.3). Вид «скомпилированной» платы показан на рис.6.

Принципиальная схема с измененным генератором приведена на Рис.7

На Рис.8 графически проиллюстрированы опорный ШИ-сигнал и сигналы на затворах транзисторов Q5...Q7.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Генератор
• DipTrace