Disseny i depuració d’una font d’alimentació de alta precisió per a provadores de senyals utilitzant MAX038 i amplificació BTL
1 Disseny de l'alimentació del tester
Aquest dispositiu utilitza un generador de senyals de petita amplitud estàndard per generar senyals de corrent petita amb la freqüència i l'angle de fase requerits. A continuació, a través del circuit d'amplificació i el circuit de modulació de fase, es genera l'alimentació de treball.
1.1 Dispositiu generador de senyals de corrent petita de sinusoidal de freqüència d'energia
El circuit generador de sinusoides està compost principalment pel xip generador de formes d'ona MAX038 fabricat per la companyia americana MAXIM. Segons els requisits de prova, aquest circuit necessita 3 xips i pot generar com a mínim 3 canals de senyals sinusoidals. El MAX038 és un generador de funcions de precisió de alta freqüència. Construint un circuit perifèric simple (vegeu Figura 1) i controlant les branques A₀ i A₁ del xip (vegeu Taula 1), es poden generar onas sinusoidals, rectangulars i triangulars.
Ajust de la freqüència: Quan la branca FADJ està a nivell zero, la freqüència de sortida es pot calcular mitjançant la fórmula Fₐ = IIN / Cf (on IIN= Vref/ Rin; Fₐ és la freqüència de sortida, en MHz; Cf és la capacitance del circuit oscil·lator extern, en pF; IIN és la corrent de sortida de la branca IN, en μA; Vref és el voltatge de sortida de la branca REF; Rin és la resistència d'entrada de la branca IN).
Ajust del cicle de treball: El canvi de voltatge de la branca DADJ canviarà les taxes relatives de càrrega i descàrrega del condensador Cf. Quan la branca DADJ està a nivell zero, el cicle de treball és del 50%. Quan el voltatge de la branca DADJ canvía en el rang de -2,3～2,3 V, el cicle de treball canvia en el rang del 85%～15%. L'ajust del cicle de treball es pot calcular mitjançant la fórmula Vdadj =₋50%- DC×0,0575 (on Vdadj és el voltatge a la branca DADJ).
1.2 Realització de la sortida de senyals de corrent petita monofàsica, trifàsica i bifàsica ortogonal
El detector de fase interior del MAX038 es pot utilitzar per construir un circuit de bucle de fase bloquejada. Quan es fan arribar senyals rectangulars trifàsics als terminals PDI de tres MAX038, els tres senyals sinusoidals que surten d'ells seran senyals d'alternada trifàsica. Per a la sortida de senyal monofàsic, es poden apagar dos generadors de senyals sinusoidals, i només funciona el tercer generador de senyals sinusoidals.
No cal introduir senyals d'ajust de fase al PDI. El principi de la sortida de senyals bifàsics ortogonals és consistent amb la sortida trifàsica. Primer, s'apaga un generador de senyals sinusoidals, i després s'apliquen dos senyals rectangulars ortogonals als terminals PDI dels dos generadors de senyals sinusoidals restants respectivament. Els dos senyals sinusoidals que surten d'ells seran senyals d'alternada bifàsics ortogonals. Aquest senyal de sincronització rectangular extern es realitza mitjançant un PLD programable. Es divideix el senyal quadrangular de freqüència d'energia trifàsica en 6 estats (vegeu Figura 2).
Evidentment, la diferència temporal entre cada estat és de 3,3 ms (amb un període de 20 ms a 50 Hz). Només cal que cadascun dels 6 estats de sortida duri 3,3 ms i cicle infinitament en seqüència positiva, per poder sortir el senyal quadrangular trifàsic de freqüència d'energia. De manera similar, es processa el senyal bifàsic ortogonal i es divideix en 4 estats (S₇, S₈, S₉, S₁₀). La diferència temporal entre cada estat és de 5 ms. Només cal que cadascun dels 4 estats de sortida duri 5 ms i cicle infinitament en seqüència positiva, per poder sortir el senyal quadrangular bifàsic ortogonal de freqüència d'energia.
La forma d'ona de control de sincronització de fase del MAX038 emet els senyals Q₂, Q₀, Q₁ des de les branques 16#, 14# i 13# del xip programable P16R6 (vegeu les dades del P16R6) cap als terminals de senyal de sincronització extern PDI de tres MAX038. Es col·loca una porta AND a la sortida de la branca 13#, controlada pel senyal Q₃. Editant el programa per fer que Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ compleixin condicions específiques (Taula 2), es pot assolir la generació de senyals de sincronització extern rectangular trifàsics i bifàsics ortogonals.
1.3 Principi d'implementació de l'amplificació de potència
El circuit d'amplificació monofàsica està dissenyat amb una estructura Bridge-Tied Load (BTL). Les dues extremitats de la càrrega estan connectades respectivament als terminals de sortida de dos amplificadors. La sortida d'un amplificador és la sortida mirall de l'altre. És a dir, els senyals carregats en les dues extremitats de la càrrega només tenen una diferència de fase de 180°. El voltatge obtingut en la càrrega és el doble del voltatge de sortida monofàsica original (vegeu Figura 3), complint el requisit que la sortida monofàsica no sigui inferior a 100 W.
2 Depuració de l'hardware de l'alimentació del tester
2.1 Ajust de la distorsió de la forma d'ona de sortida
Configuració del cicle de treball: S'aplica un senyal de control de voltatge que va de -2,3V a +2,3V al terminal DADJ del MAX038 per ajustar el temps de càrrega i descàrrega del condensador Cf. S'ajusta la ona triangular generada pel oscil·lador dins l'interval del 10% - 90%, i finalment es generen onas sinusoidals, dent de serra i pulsials distorsionades. Com que hi flueix una corrent constant de 250 μA al terminal DADJ, es connecta una resistència Rd entre aquest terminal i la branca d'alimentació de referència REF. Llavors: Vdadj = Vref - 0,25Rd; Ajustant el valor de Rd es pot ajustar el cicle de treball de les onas triangulars i de dent de serra sense afectar els impulsos de sortida síncrons, i Rd no hauria de ser superior a 20 kΩ.
2.2 Ajust de la freqüència de la forma d'ona de sortida
La freqüència de sortida del MAX038 es controla mitjançant el condensador d'oscil·lació Cf, la corrent IIN i el voltatge FADJ. Amb un Cf fix, es realitza un ajust fin de la freqüència controlant la branca IIN. Per al control digital, es connecten DACs a IIN i FADJ. Aquests generen petits voltatges, convertits en una corrent de 0-748 μA (més 2 μA de la xarxa) per 2-750 μA a IIN, creant l'interval de freqüència de sortida. El DAC divideix aquest interval en 256 passos, permetent un ajust groc via la corrent IIN i un ajust fin mitjançant el DAC.
2.3 Ajust de la tensió de sortida del circuit d'amplificació de potència
Els tres circuits de transformador d'elevació monofàsica funcionen com un transformador trifàsic per augmentar simultàniament el senyal (evitant l'impacte significatiu de l'ús directe del transformador trifàsic en els senyals petits). S'aconsegueixen ajusts de tensió entre 200 V i 80 V regulant els transformadors.
2.4 Ajust de la tensió del circuit de treball CC
Un circuit de transformació i estabilització de tensió CC proporciona alimentació CC estable a partir de la font CA de 220 V in situ. Utilitza mòduls d'alimentació CC 7805 i 7905 per oferir +35 V i +5 V (compliant amb els requisits de precisió del transformador).
3 Conclusió
L'alimentació dissenyada té funcionalitats clares, és econòmica i té una precisió de sortida elevada, complint plenament els requisits dels instruments de prova.
El disseny modular redueix la complexitat, amb circuits interconnectats però independents. La divisió funcional clara (generació de sinusoides, control de fase, amplificació de potència, alimentació CC) permet actualitzacions contínues per satisfer les necessitats dels usuaris.
Els senyals de control Q0-Q3 permeten la compatibilitat amb MCU i el control digital. Combinat amb el disseny modular, el dispositiu genera senyals sinusoidals de freqüència única, trifàsica i bifàsica ortogonal, així com onas rectangulars i triangulars amb diversos requisits de fase, satisfent diverses tasques.
