Σχεδιασμός και Διάγνωση Υψηλής Ακρίβειας Εφοδιασμού Ρεύματος για Δοκιμαστικά Συστήματα Σήματος με χρήση MAX038 και Επέκταση BTL

1 Σχεδίαση Υλικού του Εφοδιασμού του Δοκιμαστικού Συστήματος

Το συστήμα αυτό χρησιμοποιεί ένα πρότυπο συστήμα γενικής διάθεσης για την παραγωγή μικρών σημάτων ρεύματος με την απαιτούμενη συχνότητα και φάση. Στη συνέχεια, μέσω ενός ενισχυτικού κύκλου και ενός κυκλώματος προσαρμογής φάσης, παράγεται ο λειτουργικός εφοδιασμός.

1.1 Συστήμα Παραγωγής Μικρών Σημάτων Ρεύματος Ημιτονοειδούς Συχνότητας

Ο κύκλος παραγωγής ημιτονοειδών σημάτων βασίζεται κυρίως στον κύκλο παραγωγής κύματος MAX038, που παράγεται από την εταιρεία MAXIM των ΗΠΑ. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις δοκιμής, αυτός ο κύκλος χρειάζεται 3 χιπς και μπορεί να παράξει τουλάχιστον 3 κανάλια ημιτονοειδών σημάτων. Το MAX038 είναι ένας υψηλής συχνότητας προσακριβής γεννήτριας συναρτήσεων. Κατασκευάζοντας ένα απλό περιφερειακό κύκλο (βλέπε Σχήμα 1) και ελέγχοντας τις πινάκες A₀ και A₁ (βλέπε Πίνακα 1), μπορούν να παραχθούν ημιτονοειδή, ορθογώνια και τριγωνικά κύματα.

Ρύθμιση συχνότητας: Όταν η πίνακα FADJ είναι σε επίπεδο μηδέν, η εξόδια συχνότητα μπορεί να υπολογιστεί από την τύπο Fₐ = I_IN / C_f (όπου I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ είναι η εξόδια συχνότητα, σε MHz; C_f είναι η εξωτερική κυκλική ικανότητα του οσκιλλάτορα, σε pF; I_IN είναι το εξόδιο ρεύμα της πίνακα I_N, σε μA; V_ref είναι το εξόδιο ύψος της πίνακα REF; R_in είναι η εισόδια αντίσταση της πίνακα IN).

Ρύθμιση ποσοστού διατριβής: Η αλλαγή του ύψους στην πίνακα DADJ θα αλλάξει τους σχετικούς ρυθμούς φόρτισης και απόφορτισης του καταναλωτή C_f. Όταν η πίνακα DADJ είναι σε επίπεδο μηδέν, το ποσοστό διατριβής είναι 50%. Όταν το ύψος της πίνακα DADJ αλλάζει στο εύρος -2.3～2.3 V, το ποσοστό διατριβής αλλάζει στο εύρος 85%～15%. Η ρύθμιση του ποσοστού διατριβής μπορεί να υπολογιστεί από την τύπο V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (όπου V_dadj είναι το ύψος στην πίνακα DADJ).

1.2 Απόδοση Μονοφάσεων, Τριφάσεων και Διφάσεων Ορθογωνίων Εξόδων Μικρών Σημάτων Ρεύματος

Ο εντοπιστής φάσης μέσα στο MAX038 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ενός κυκλώματος φάσης-συνδεδεμένου. Όταν τριφασικά ορθογώνια κύματα σήματος εισάγονται στις πίνακες PDI τριών MAX038, τα τρία ημιτονοειδή σήματα που παράγονται από αυτά θα είναι τριφασικά ηλεκτρικά σήματα. Για μονοφάση εξόδου, δύο γεννήτριες ημιτονοειδών σημάτων μπορούν να απενεργοποιηθούν, και μόνο η τρίτη γεννήτρια ημιτονοειδών σημάτων να λειτουργεί.

Δεν χρειάζεται να εισαχθούν σήματα προσαρμογής φάσης στο PDI. Ο προσανατολισμός της διφάσεως ορθογωνίου σήματος εξόδου είναι ομοιόμορφος με εκείνο της τριφάσεως. Αρχικά, απενεργοποιήστε μία γεννήτρια ημιτονοειδών σημάτων, και στη συνέχεια εφαρμόστε δύο ορθογώνια κύματα στις πίνακες PDI των δύο παραμένουσων γεννητριών ημιτονοειδών σημάτων. Τα δύο ημιτονοειδή σήματα που παράγονται από αυτά θα είναι διφασικά ορθογώνια ηλεκτρικά σήματα. Αυτό το ορθογώνιο εξωτερικό συνδεδεμένο σήμα εφαρμόζεται από ένα προγραμματισμένο PLD. Διαιρεί το τριφασικό ηλεκτρικό σήμα σε 6 καταστάσεις (βλέπε Σχήμα 2).

Εμφανώς, η διαφορά χρόνου μεταξύ κάθε κατάστασης είναι 3.3 ms (με περίοδο 20 ms στα 50 Hz). Όσο κάθε μία από τις 6 εξόδους καταστάσεις διαρκεί 3.3 ms και επαναλαμβάνεται άπειρα στην θετική ακολουθία, μπορεί να παραχθεί το τριφασικό ηλεκτρικό σήμα. Ωμοίως, επεξεργαστείτε το διφασικό ορθογώνιο σήμα και διαιρέστε το σε 4 καταστάσεις (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Η διαφορά χρόνου μεταξύ κάθε κατάστασης είναι 5 ms. Όσο κάθε μία από τις 4 εξόδους καταστάσεις διαρκεί 5 ms και επαναλαμβάνεται άπειρα στην θετική ακολουθία, μπορεί να παραχθεί το διφασικό ορθογώνιο ηλεκτρικό σήμα.

Η φάση συγχρονισμού ελέγχου του MAX038 εξάγει σήματα Q₂, Q₀, Q₁ από τις πίνακες 16#, 14# και 13# του προγραμματισμένου τσιπ P16R6 (αναφερθείτε στα δεδομένα P16R6) στα εξωτερικά συνδεδεμένα σήματα PDI τριών MAX038. Ένα AND gate είναι τοποθετημένο στην έξοδο της πίνακα 13#, ελεγχόμενο από το σήμα Q₃. Με την επεξεργασία του προγράμματος ώστε τα Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ να εκπληρώνουν συγκεκριμένες συνθήκες (Πίνακας 2), μπορεί να επιτευχθεί η παραγωγή τριφασικών και διφασικών ορθογωνίων εξωτερικών συνδεδεμένων σημάτων.

1.3 Αρχή Εφαρμογής Ενισχυτικού Εφοδιασμού

Το κύκλωμα ενίσχυσης μονοφάσης σχεδιάζεται ως δομή Bridge-Tied Load (BTL). Οι δύο άκροι του φορτίου είναι συνδεδεμένοι με τις εξόδους δύο ενισχυτών. Η έξοδος ενός ενισχυτή είναι η καθρέφτικη έξοδος του άλλου. Δηλαδή, τα σήματα που φορτίζουν στους δύο άκρους του φορτίου έχουν μόνο διαφορά φάσης 180°. Το ύψος που παίρνεται στο φορτίο είναι διπλάσιο από το αρχικό μονοπλευρό εξόδιο ύψος (βλέπε Σχήμα 3), εκπληρώνοντας την απαίτηση ότι η μονοφάση εξόδου δεν είναι λιγότερη από 100 W.

2 Ρύθμιση του Υλικού Εφοδιασμού του Δοκιμαστικού Συστήματος
2.1 Ρύθμιση Τροποποίησης του Εξόδιου Κύματος

Ρύθμιση ποσοστού διατριβής: Εφαρμόστε ένα όριο ελέγχου ύψους από -2.3V έως +2.3V στην πίνακα DADJ του MAX038 για την προσαρμογή του χρόνου φόρτισης και απόφορτισης του καταναλωτή C_f. Προσαρμόστε το τριγωνικό κύμα που εξάγεται από τον οσκιλλάτορα στο εύρος 10% - 90%, και τελικά παράξετε τροποποιημένα ημιτονοειδή, διευθυντικά και παλμικά κύματα. Επειδή ένα σταθερό ρεύμα 250 μA ρέει στην πίνακα DADJ, συνδέστε έναν αντιστάτη R_d μεταξύ αυτής της πίνακας και της πίνακας REF. Τότε: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Προσαρμόζοντας την τιμή R_d μπορεί να προσαρμοστεί το ποσοστό διατριβής των τριγωνικών και διευθυντικών κυμάτων χωρίς να επηρεαστεί η συνδεδεμένη εξόδους παλμικά κύματα, και R_d δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 20 kΩ.

2.2 Ρύθμιση Συχνότητας του Εξόδιου Κύματος

Η εξόδια συχνότητα του MAX038 ελέγχεται από τον καταναλωτή κύματος C_f, το ρεύμα IIN και το ύψος FADJ. Με σταθερό C_f, η λεπτή ρύθμιση συχνότητας επιτεύγεται μέσω του ελέγχου της πίνακας IIN. Για ψηφιακό έλεγχο, DACs είναι συνδεδεμένες με το IIN και το FADJ. Αυτές παράγουν μικρά ύψη, μετατραπτικά σε 0-748 μA ρεύμα (προστιθέμενο 2 μA από το δίκτυο) για 2-750 &μA στο IIN, δημιουργώντας το εύρος εξόδιας συχνότητας. Ο DAC διαιρεί αυτό το εύρος σε 256 βήματα, επιτρέποντας λεπτή ρύθμιση μέσω του ρεύματος IIN και λεπτή ρύθμιση μέσω του DAC.

2.3 Ρύθμιση Υψηλού Εξόδιου Κύκλου Ενίσχυσης

Τα τρία μονοφάσια κύκλωμα ανεξαρτησίας μετατρέπονται ως τριφασικός μετατροπέας για την παράλληλη ενίσχυση των σημάτων (αποφεύγοντας τη σημαντική επίδραση της άμεσης χρήσης τριφασικού μετατροπέα στα μικρά σήματα). Οι ρυθμίσεις ύψους μεταξύ 200 V και 80 V επιτεύγονται μέσω των μετατροπέων.

2.4 Ρύθμιση Υψηλού Εξόδιου Κύκλου Εργασίας DC

Ένας κύκλος μετατροπής και σταθεροποίησης υψηλού ηλεκτρικού εφοδιασμού παρέχει σταθερό υψηλό εφοδιασμό από την τόπια 220 V AC. Εξάγει +35 V και +5 V (εκπληρώνοντας τις απαιτήσεις ακρίβειας του μετατροπέα) χρησιμοποιώντας 7805 και 7905 μοντουλαρικά υψηλού ηλεκτρικού εφοδιασμού.

3 Συμπέρασμα

• Ο σχεδιασμένος εφοδιασμός διαθέτει σαφή λειτουργία, οικονομική αποδοτικότητα και υψηλή ακρίβεια εξόδου, εκπληρώνοντας πλήρως τις απαιτήσεις των δοκιμαστικών συστημάτων.

• Ο μοντουλάριος σχεδιασμός μειώνει την πολυπλοκότητα, με διασυνδεδεμένα αλλά ανεξάρτητα κύκλωμα. Η σαφής λειτουργική διαίρεση (παραγωγή ημιτονοειδών, έλεγχος φάσης, ενίσχυση, εφοδιασμός DC) επιτρέπει συνεχείς ενημερώσεις για να εκπληρώσει τις ανάγκες των χρηστών.

• Τα σήματα ελέγχου Q₀-Q₃ επιτρέπουν συμβατότητα MCU και ψηφιακό έλεγχο. Σε συνδυασμό με τον μοντουλάριο σχεδιασμό, το σύστημα παράγει τριφασικά, διφασικά ορθογώνια, και μονοσυχνότητα ημιτονοειδή σήματα, μαζί με ορθογώνια/τριγωνικά κύματα με διάφορες απαιτήσεις φάσης, εκπληρώνοντας ποικιλία καθηκόντων.