Design og fejlfinding af højpræcision strømforsyning til signaltastere ved hjælp af MAX038 og BTL-forstærkning
1 Strømforsyningstesters hardware-design
Denne enhed bruger en standard lille-signalgenerator til at generere små-strømsignaler med den påkrævede frekvens og fasenvinkel. Derefter genereres arbejdsstrømforsyningen gennem forstærkerkredsløb og fase-moduleringskredsløb.
1.1 Nettomål sinusbølge-lille-strøm-signalgenerator
Sinusbølgengenererende kredsløb er hovedsageligt sammensat af MAXIM Corporation's bølgeformgenererende chip MAX038 fra USA. I henhold til testkravene skal dette kredsløb have 3 chips og kan generere mindst 3-kanals sinussignaler. MAX038 er en højfrekvens præcis funktionsgenerator. Ved at opbygge et simpelt yderligere kredsløb (se figur 1) og kontrollere chip-pinnerne A₀ og A₁ (se tabel 1), kan sinusbølger, rektangulære bølger og trekantbølger genereres.
Frekvensjustering: Når pin FADJ er på nulniveau, kan udgangsfrekvensen beregnes ved formel Fₐ = IIN / Cf (hvor IIN= Vref/ Rin; Fₐ er udgangsfrekvensen, i MHz; Cf er eksternt kredsløbskapacitans for oscillator, i pF; IIN er udgangsstrømmen fra pin IN, i μA; Vref er udgangsspændingen fra pin REF; Rin er indgangsmodstanden for pin IN).
Duty cycle-justering: Spændingsændringen på pin DADJ vil ændre de relative opladnings- og afladningsrater for kapacitoren Cf. Når pin DADJ er på nulniveau, er duty cyclet 50%. Når spændingen på pin DADJ ændres i området -2.3～2.3 V, ændres duty cyclet i området 85%～15%. Duty cycle-justering kan beregnes ved formel Vdadj =₋50%- DC×0.0575 (hvor Vdadj er spændingen på pin DADJ).
1.2 Realisering af enefase, tre-fase og to-fase ortogonale udgange af lille-strømsignaler
Fasedetektøren indeni MAX038 kan bruges til at konstruere et fasesynkroniseringskredsløb. Når tre-fase rektangulære bølgesignaler bliver indført i PDI-terminalerne på tre MAX038'er, vil de tre sinusbølgesignaler, der udgives af dem, være tre-fase AC-signaler. For enefase signaludgang, kan to sinusbølgesignalgeneratorer slukkes, og kun den tredje sinusbølgegenerator arbejder.
Der er ikke behov for at indføre fasejusterings-signaler til PDI. Princippet bag to-fase ortogonal signaludgang er det samme som for tre-fase udgang. Først slukkes en sinusbølgesignalgenerator, og derefter anvendes to ortogonale rektangulære bølgesignaler på PDI-terminalerne på de resterende to sinusbølgesignalgeneratorer. De to sinusbølgesignaler, der udgives af dem, vil være to-fase ortogonale AC-signaler. Denne rektangulære eksterne synkroniserings-signal implementeres ved hjælp af en programmerbar PLD. Tredel den tre-fase strømfrekvens kvadratisk bølgesignal i 6 stater (se figur 2).
Det er klart, at tidsforskellen mellem hver tilstand er 3.3 ms (med en periode på 20 ms ved 50 Hz). Så længe de 6 udgangstilstande hver vare 3.3 ms og cycler uendeligt i positiv rækkefølge, kan strømfrekvensen tre-fase kvadratisk bølgesignal udgives. På samme måde behandles to-fase ortogonalt signal og deles i 4 tilstande (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Tidsforskellen mellem hver tilstand er 5 ms. Så længe de 4 udgangstilstande hver vare 5 ms og cycler uendeligt i positiv rækkefølge, kan strømfrekvensen to-fase ortogonal kvadratisk bølgesignal udgives.
Fase-synkroniseringskontrolbølgen fra MAX038 udgiver signaler Q₂, Q₀, Q₁ fra pins 16#, 14# og 13# på den programmerbare P16R6-chip (henvis til P16R6 data) til de eksterne synkroniserings-signal PDI-terminaler på tre MAX038'er. En AND-port er sat ved udgangen af pin 13#, styret af signal Q₃. Ved at redigere programmet for at lade Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ opfylde specifikke betingelser (tabel 2), kan generationen af tre-fase og to-fase ortogonale rektangulære eksterne synkroniserings-signaler opnås.
1.3 Implementeringsprincip for effektforstærkning
Enefaseforstærkerkredsløbet er designet som en Bridge-Tied Load (BTL) struktur. De to ender af belastningen er hver især forbundet til udgangsterminalerne af to forstærkere. Udgangen af den ene forstærker er spejlbilledet af den anden. Det betyder, at signalerne, der belastes på de to ender af belastningen, kun har en faseforskel på 180°. Spændingen, der opnås på belastningen, er dobbelt så stor som den oprindelige single-ended udgangsspænding (se figur 3), hvilket opfylder kravet om, at enefase udgang ikke er under 100 W.
2 Justering af strømforsyningstesters hardware
2.1 Forvrængningsjustering af udgangsbølgeform
Duty cycle-indstilling: Anvend en spændingskontrolsignal, der ligger mellem -2.3V og +2.3V, på terminalen DADJ af MAX038 for at justere opladnings- og afladningstiden for kapacitoren Cf. Juster den trekantformede bølge, der udgives af oscillator, inden for intervallet 10% - 90%, og generer til sidst forvredne sinusbølger, sagtbølger og pulsbølger. Da en konstant strøm på 250 μA strømmer ind i terminalen DADJ, forbinder en resistor Rd mellem denne terminal og referencestrømforsyning-pin REF. Således: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Ved at justere værdien af Rd kan man justere duty cyklussen for trekantbølger og sagtbølger uden at påvirke synkroniserede pulssignaler, og Rd bør ikke være større end 20 kΩ.
2.2 Frekvensjustering af udgangsbølgeform
MAX038's udgangsfrekvens styres af oscillationskapacitoren Cf, IIN-strøm og FADJ-spænding. Med en fast Cf, opnås fin frekvensjustering ved at kontrollere IIN-pin. For digital kontrol, er DAC'er forbundet til IIN og FADJ. Disse genererer små spændinger, som konverteres til 0-748 μA strøm (plus 2 μA fra netværket) for 2-750 μA ved IIN, skabende udgangsfrekvensintervallet. DAC'en deler dette interval i 256 trin, hvilket gør grov justering mulig via IIN-strøm og fin justering gennem DAC.
2.3 Spændingsudgangsjustering af effektforstærkerkredsløb
De tre enefase step-up-transformator-kredsløb fungerer som en tre-fase transformator for samtidig signalforstærkning (undgår den betydelige indflydelse af direkte brug af tre-fase transformator på små signaller). Spændingsjusteringer mellem 200 V og 80 V opnås ved at regulere transformatorerne.
2.4 DC-arbejdskredsløbs spændingsjustering
Et DC-spændingsoverførsels- og stabiliseringskredsløb leverer stabil DC-strøm fra det lokale 220 V AC-net. Det udgiver +35 V og +5 V (opfylder precisionskrav for transformatorer) ved hjælp af 7805 og 7905 DC-strømmoduler.
3 Konklusion
Den designede strømforsyning har klare funktioner, er kostnadseffektiv og har høj udgangspræcision, og opfylder fuldt ud kravene til testinstrumenter.
Modulært design reducerer kompleksitet, med sammenkoblede men uafhængige kredsløb. Klar funktionsdeling (sinusbølgegeneration, fasekontrol, effektforstærkning, DC-forsyning) tillader løbende opgraderinger for at møde brugernes behov.
Kontrolsignaler Q0-Q3 gør MCU-kompatibilitet og digital kontrol mulig. Sammen med modulært design, udgiver enheden tre-fase, to-fase ortogonale og enefrekvente sinussignaler, samt rektangulære/trekantede bølger med forskellige faser, der opfylder diverse opgaver.
