تصميم وتصحيح مصدر الطاقة عالي الدقة لاختبارات الإشارات باستخدام MAX038 وتكبير BTL

تصميم المكونات الإلكترونية لمصدر الطاقة للمختبر

يستخدم هذا الجهاز جهاز توليد إشارات صغيرة قياسي لتوليد إشارات تيار صغير بتردد وزاوية طور مطلوبة. ثم، من خلال دارة التكبير ودارة تعديل الطور، يتم توليد مصدر الطاقة العامل.

1.1 جهاز توليد إشارات تيار صغير موجة جيبية بتكرار القدرة

تتكون دارة توليد الموجة الجيبية بشكل أساسي من رقاقة توليد الموجة MAX038 التي تنتجها شركة MAXIM الأمريكية. وفقًا لمتطلبات الاختبار، تحتاج هذه الدارة إلى 3 رقائق ويمكنها توليد على الأقل 3 قنوات من الإشارات الجيبية. تعتبر MAX038 مولد وظائف عالي الدقة. بإنشاء دارة محيطة بسيطة (انظر الشكل 1) وتحكم في دبابيس الرقاقة A₀ و A₁ (انظر الجدول 1)، يمكن توليد الموجات الجيبية والموجات المستطيلة والموجات المثلثية.

تعديل التردد: عندما يكون دبوس FADJ في المستوى الصفر، يمكن حساب التردد الناتج باستخدام المعادلة Fₐ = I_IN / C_f (حيث I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ هو التردد الناتج، بالميجاهيرتز؛ C_f هي السعة الخارجية لدارة التذبذب، بالبيكو فاراد؛ I_IN هو التيار الناتج من دبوس I_N، بالأمبير الميكروي؛ V_ref هو الجهد الناتج من دبوس REF؛ R_in هو المقاومة الداخلة لدبوس IN).

تعديل نسبة الدورة: سيتغير معدل الشحن والتفريغ النسبي للسعة C_f بتغير الجهد في دبوس DADJ. عندما يكون دبوس DADJ في المستوى الصفر، تكون نسبة الدورة 50٪. عندما يتغير جهد دبوس DADJ ضمن نطاق -2.3～2.3 فولت، تتغير نسبة الدورة ضمن نطاق 85٪～15٪. يمكن حساب تعديل نسبة الدورة باستخدام المعادلة V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (حيث V_dadj هو الجهد على دبوس DADJ).

1.2 تحقيق خرج أحادي الطور وثلاثي الطور وثنائي الطور متعامد لإشارات التيار الصغير

يمكن استخدام كاشف الطور داخل MAX038 لبناء دارة حلقة مغلقة ذات طور متشابك. عند إدخال إشارات موجة مستطيلة ثلاثية الطور إلى محطات PDI لـ ثلاثة MAX038s، ستكون الإشارات الجيبية الثلاثة التي يخرجها ثلاثة إشارات متناوبة ثلاثية الطور. بالنسبة للإخراج أحادي الطور، يمكن إيقاف تشغيل مولدَيْ إشارة جيبية، ويقوم فقط المولد الثالث بالإخراج.

لا يوجد حاجة لإدخال إشارات تعديل الطور إلى PDI. مبدأ إخراج الإشارات ثنائية الطور المتعامدة متسق مع إخراج ثلاثي الطور. أولاً، أوقف تشغيل مولد إشارة جيبية واحد، ثم طبق إشارتين مستطيتيتين متعامدتين على محطات PDI لمولدَيْ إشارة جيبية المتبقين. ستكون الإشارتان الجيبيتان الخارجتان منهما إشارتين متناوبتين ثنائية الطور متعامدتين. يتم تنفيذ هذا الإشارة الخارجية المتزامنة المستطيلة بواسطة PLD قابل للبرمجة. يتم تقسيم الإشارة المستطيلة ثلاثية الطور إلى 6 حالات (انظر الشكل 2).

من الواضح أن الفرق الزمني بين كل حالة هو 3.3 مللي ثانية (مع فترة 20 مللي ثانية عند 50 هرتز). طالما استمرت كل 6 حالات الإخراج لمدة 3.3 مللي ثانية وتكررت بشكل لا نهائي بالترتيب الموجب، يمكن إخراج الإشارة المستطيلة ثلاثية الطور. بنفس الطريقة، تعالج الإشارة ثنائية الطور المتعامدة وتقسم إلى 4 حالات (S₇, S₈, S₉, S₁₀). الفرق الزمني بين كل حالة هو 5 مللي ثانية. طالما استمرت كل 4 حالات الإخراج لمدة 5 مللي ثانية وتكررت بشكل لا نهائي بالترتيب الموجب، يمكن إخراج الإشارة المستطيلة ثنائية الطور المتعامدة.

إشارة التحكم في التزامن الطوري لـ MAX038 تخرج الإشارات Q₂, Q₀, Q₁ من الدبابيس 16#, 14#, و 13# لرقاقة البرمجة P16R6 (راجع بيانات P16R6) إلى محطات الإشارة الخارجية المتزامنة PDI لثلاثة MAX038s. يتم وضع بوابة AND عند مخرج الدبوس 13#، مُتحكمًا فيها بواسطة الإشارة Q₃. من خلال تحرير البرنامج لجعل Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ تحقق شروطًا معينة (جدول 2)، يمكن تحقيق توليد الإشارات المستطيلة الخارجية المتزامنة ثلاثية الطور وثنائية الطور المتعامدة.

1.3 مبدأ التنفيذ لتكبير القوة

تم تصميم دارة التكبير أحادي الطور بنظام تحميل مربوط بالجسر (BTL). يتم توصيل طرفي الحمل بمخارج مكبرين. مخرج أحد المكبرين هو مخرج مرآة للمكبر الآخر. أي أن الإشارات المحملة على طرفي الحمل لها فقط فرق طور 180 درجة. الجهد الذي يحصل عليه الحمل هو ضعف الجهد الأصلي للإخراج أحادي الجانب (انظر الشكل 3)، مما يلبي متطلب أن يكون الإخراج أحادي الطور لا يقل عن 100 واط.

2 تصحيح الأجهزة لمصدر الطاقة للمختبر
2.1 تعديل التشوه لشكل الإخراج

ضبط نسبة الدورة: قم بتطبيق إشارة تحكم جهد تتراوح بين -2.3V إلى +2.3V على طرف DADJ لـ MAX038 لضبط وقت الشحن والتفرغ للسعة C_f. قم بضبط الإخراج المثلثي من المذبذب ضمن نطاق 10% - 90%، وأخيراً توليد موجات جيبية مشوهة وموجات شبه منحرف وموجات نبضية. بما أن تيار ثابت بـ 250 ميكرو أمبير يتدفق إلى طرف DADJ، قم بتوصيل مقاومة R_d بين هذا الطرف ودبوس مصدر الطاقة المرجعي REF. ثم: V_dadj = V_ref - 0.25R_d؛ تعديل قيمة R_d يمكنه تعديل نسبة الدورة للموجات المثلثية والموجات شبه المنحرف دون التأثير على النبضات المتزامنة الخارجة، و R_d يجب ألا يكون أكبر من 20 كيلو أوم.

2.2 تعديل التردد لشكل الإخراج

يتم التحكم في التردد الناتج لـ MAX038 بواسطة سعة التذبذب C_f، والتيار IIN، وجهد FADJ. مع C_f ثابت، يتم تحقيق التنغيم الدقيق للتردد من خلال التحكم في دبوس IIN. للتحكم الرقمي، يتم توصيل DACs بدبوس IIN و FADJ. هذه تولد جهودًا صغيرة، يتم تحويلها إلى تيار 0-748 ميكرو أمبير (بالإضافة إلى 2 ميكرو أمبير من الشبكة) لـ 2-750 ميكرو أمبير في IIN، مما يخلق نطاق التردد الناتج. يقوم DAC بتقسيم هذا النطاق إلى 256 خطوة، مما يمكّن من التعديل الخشن عبر تيار IIN والتنغيم الدقيق عبر DAC.

2.3 تعديل الجهد الخارجي لدارة تكبير القوة

تعمل الدارات الثلاث لأحادي الطور لتحويل الجهد كمحول ثلاثي الطور لتعزيز الإشارات في الوقت نفسه (تجنب التأثير الكبير لاستخدام المحول ثلاثي الطور مباشرة على الإشارات الصغيرة). يتم تحقيق التعديلات في الجهد بين 200 فولت و 80 فولت من خلال تنظيم المحولات.

2.4 تعديل الجهد للدائرة العاملة بالتيار المباشر

توفر دائرة تحويل واستقرار الجهد التيار المباشر جهدًا مستقرًا من التيار الكهربائي البالغ 220 فولت. تنتج +35 فولت و +5 فولت (وفقاً لمتطلبات دقة المحول) باستخدام وحدات الطاقة التيار المباشر 7805 و 7905.

3 الخلاصة

• يتميز مصدر الطاقة المصمم بوظائف واضحة وكفاءة تكلفة وإخراج دقيق للغاية، مما يلبي تماماً متطلبات الأجهزة الاختبارية.

• تصميم الوحدات يقلل من التعقيد، مع دوائر مترابطة ولكن مستقلة. التقسيم الوظيفي الواضح (توليد الموجة الجيبية، التحكم في الطور، تكبير القوة، التغذية بالتيار المباشر) يسمح بتحديثات مستمرة لتلبية احتياجات المستخدم.

• الإشارات التحكم Q₀-Q₃ تمكن من توافق وحدة التحكم الدقيقة والتحكم الرقمي. مع تصميم الوحدات، يمكن للجهاز إخراج إشارات جيبية أحادية التردد وثلاثية الطور وثنائية الطور المتعامدة، بالإضافة إلى الموجات المستطيلة والمثلثية بأوجه مختلفة للطور، مما يلبي مهام متنوعة.