デッドタイム生成回路の作り方【LTspice】

この記事では『デッドタイム生成回路』について

LTspiceでデッドタイム生成回路を作る方法

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

LTspiceでデッドタイム生成回路を作る方法

デッドタイムはLTspiceのデジタルIC(buf,inv,and)を用いれば、簡単に作ることができます。

上図の左側にデッドタイム生成回路、右側にデッドタイム生成回路の各電圧波形を示しています。電圧\(v_H\)と電圧\(v_L\)がデッドタイム生成回路の出力波形です。電圧\(v_H\)と電圧\(v_L\)の波形を重ねたものを上図の右下に示しており、デッドタイム(電圧VHと電圧VLの両方がLow電圧の期間)が生成できていることが分かります。

一例として、入力電圧\(v_{IN}\)は方形波であり、

周期：\(T=1{\mathrm{[ms]}}\)
オン時間：\(T_{ON}=0.5{\mathrm{[ms]}}\)
オンデューティ比：\(D=0.5\)
Highレベルの電圧：\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)
Lowレベルの電圧：\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)

としています。

次に、次に各電圧波形(\(v_A\)～\(v_D\)、\(v_H\)、\(v_L\))の生成方法について説明します。

電圧\(v_A\)
- 電圧\(v_A\)は入力電圧\(v_{IN}\)と等しくなります。
電圧\(v_B\)
- 電圧\(v_B\)は入力電圧\(v_{IN}\)にバッファ(buf)を通しており、バッファ(buf)のパラメータで「Td=0.1m」と記載することで、入力電圧\(v_{IN}\)を0.1ms遅延させています。また、パラメータに「Vhigh=10」と「Vlow=0」を記載しているため、Highレベルの電圧が\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)、Lowレベルの電圧が\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)となります。
電圧\(v_H\)
- 電圧\(v_H\)はAND回路(AND1)の出力となります。AND回路(AND1)には「電圧\(v_A\)」と「電圧\(v_B\)」を入力しています。電圧\(v_B\)を0.1ms遅延させているため、「電圧\(v_A\)」と「電圧\(v_B\)」のアンド(AND)である電圧\(v_H\)のオン時間は\(T_{ON}=0.4{\mathrm{[ms]}}\)となります。また、パラメータに「Vhigh=10」と「Vlow=0」を記載しているため、Highレベルの電圧が\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)、Lowレベルの電圧が\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)となります。
電圧\(v_C\)
- 電圧\(v_C\)は入力電圧\(v_{IN}\)にインバータ(inv)を通すことで、入力電圧\(v_{IN}\)の波形を反転させています。なお、インバータ(inv) のパラメータで「Vhigh=10」と「Vlow=0」を記載しているため、Highレベルの電圧が\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)、Lowレベルの電圧が\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)となります。
電圧\(v_D\)
- 電圧\(v_D\)は電圧\(v_C\)にバッファ(buf)を通しており、バッファ(buf)のパラメータで「Td=0.1m」と記載することで、電圧\(v_C\)を0.1ms遅延させています。また、パラメータに「Vhigh=10」と「Vlow=0」を記載しているため、Highレベルの電圧が\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)、Lowレベルの電圧が\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)となります。
電圧\(v_L\)
- 電圧\(v_L\)はAND回路(AND2)の出力となります。AND回路(AND2)には「電圧\(v_C\)」と「電圧\(v_D\)」を入力しています。電圧\(v_D\)を0.1ms遅延させているため、「電圧\(v_C\)」と「電圧\(v_D\)」のアンド(AND)である電圧\(v_L\)のオン時間は\(T_{ON}=0.4{\mathrm{[ms]}}\)となります。また、パラメータに「Vhigh=10」と「Vlow=0」を記載しているため、Highレベルの電圧が\(V_{high}=10{\mathrm{[V]}}\)、Lowレベルの電圧が\(V_{low}=0{\mathrm{[V]}}\)となります。

電圧\(v_H\)と電圧\(v_L\)の波形を重ねるとデッドタイムが生成できていることが分かります。デッドタイムの生成回路には様々な種類がありますが、LTspiceのデジタルIC(buf,inv,and)を用いれば、「オンデューティ比：\(D=0.5\)」の方形波である入力電圧\(v_{IN}\)から簡単にデッドタイムを作ることができます。