Pagdidisenyo at Pagsusuri ng Mataas na Presisyon na Power Supply para sa Signal Testers Gamit ang MAX038 at BTL Amplification
1 disenyo ng Hardware ng Tester Power Supply
Ang aparato na ito ay gumagamit ng standard na small-signal generating device upang lumikha ng mga small-current signal na may kinakailangang frequency at phase angle. Pagkatapos, sa pamamagitan ng amplifying circuit at phase-modulating circuit, ginagawa ang working power supply.
1.1 Power Frequency Sine Wave Small-Current Signal Generating Device
Ang sine wave generating circuit ay pangunahing binubuo ng waveform generating chip MAX038 na inilabas ng MAXIM Corporation ng Estados Unidos. Ayon sa mga requirement ng pagsusulit, kailangan ng circuit na ito ng 3 chips at maaaring lumikha ng hindi bababa sa 3-channel sine signals. Ang MAX038 ay isang high-frequency precision function generator. Sa pamamagitan ng paggawa ng simple peripheral circuit (tingnan ang Figure 1) at pag-control ng chip pins A₀ at A₁ (tingnan ang Table 1), maaaring lumikha ng sine waves, rectangular waves, at triangular waves.
Frequency adjustment: Kapag ang pin FADJ ay nasa zero level, maaaring makalkula ang output frequency gamit ang formula Fₐ = IIN / Cf (kung saan IIN= Vref/ Rin; Fₐ ang output frequency, sa MHz; Cf ang external circuit capacitance ng oscillator, sa pF; IIN ang output current ng pin IN, sa μA; Vref ang output voltage ng pin REF; Rin ang input resistance ng pin IN).
Duty cycle adjustment: Ang pagbabago ng voltage ng pin DADJ ay magbabago ng relative charging at discharging rates ng capacitor Cf. Kapag ang pin DADJ ay nasa zero level, ang duty cycle ay 50%. Kapag ang voltage ng pin DADJ ay nagbabago sa range ng -2.3～2.3 V, ang duty cycle ay nagbabago sa range ng 85%～15%. Ang duty cycle adjustment maaaring makalkula gamit ang formula Vdadj =₋50%- DC×0.0575 (kung saan Vdadj ang voltage sa pin DADJ).
1.2 Pagkamit ng Single-phase, Three-phase, at Two-phase Orthogonal Output ng Small-current Signals
Ang phase detector sa loob ng MAX038 maaaring gamitin upang gawing phase-locked loop circuit. Kapag ang three-phase rectangular wave signals ay inilapat sa PDI terminals ng tatlong MAX038, ang tatlong sine wave signals na ilalabas ng mga ito ay magiging three-phase AC signals. Para sa single-phase signal output, maaaring i-off ang dalawang sine wave signal generators, at magtrabaho lamang ang ikatlong sine wave generator.
Hindi kailangan mag-input ng phase adjustment signals sa PDI. Ang prinsipyong ito para sa two-phase orthogonal signal output ay katugma sa three-phase output. Una, i-off ang isang sine wave signal generator, at pagkatapos ay ilapat ang dalawang orthogonal rectangular wave signals sa PDI terminals ng natitirang dalawang sine wave signal generators. Ang dalawang sine wave signals na ilalabas ng mga ito ay magiging two-phase orthogonal AC signals. Ang rectangular external synchronization signal na ito ay inilapat gamit ang programmable PLD. Hatiin ang three-phase power-frequency square wave signal sa 6 states (tingnan ang Figure 2).
Malinaw na, ang time difference sa bawat state ay 3.3 ms (na may period ng 20 ms sa 50 Hz). Basta ang 6 output states ay bawat isa ay tumatagal ng 3.3 ms at walang hanggang nagsisiklo sa positive sequence, maaari itong ilabas ang power-frequency three-phase square wave signal. Parehong proseso ang gagawin para sa two-phase orthogonal signal at hatiin ito sa 4 states (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Ang time difference sa bawat state ay 5 ms. Basta ang 4 output states ay bawat isa ay tumatagal ng 5 ms at walang hanggang nagsisiklo sa positive sequence, maaari itong ilabas ang power-frequency two-phase orthogonal square wave signal.
Ang phase synchronization control waveform ng MAX038 ay ilalabas ang signals Q₂, Q₀, Q₁ mula sa pins 16#, 14#, at 13# ng P16R6 programmable chip (tingnan ang P16R6 data) patungo sa external synchronization signal PDI terminals ng tatlong MAX038. Isinasagawa ang AND gate sa output ng pin 13#, na kontrolado ng signal Q₃. Sa pamamagitan ng pag-edit ng program upang gawing Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ ay sumasang-ayon sa tiyak na kondisyon (Table 2), maaaring makamit ang paglikha ng three-phase at two-phase orthogonal rectangular external synchronization signals
1.3 Prinsipyo ng Pagkamit ng Power Amplification
Ang single-phase amplification circuit ay idinisenyo bilang Bridge-Tied Load (BTL) structure. Ang parehong dulo ng load ay kasunod na konektado sa output terminals ng dalawang amplifiers. Ang output ng isang amplifier ay ang mirror output ng isa pa. Ibig sabihin, ang signals na ilalapat sa parehong dulo ng load ay may phase difference lang ng 180°. Ang voltage na nakukuha sa load ay dalawang beses ang orihinal na single-ended output voltage (tingnan ang Figure 3), na sumasang-ayon sa requirement na ang single-phase output ay hindi bababa sa 100 W.
2 Debugging ng Tester Power Supply Hardware
2.1 Distortion Adjustment ng Output Waveform
Duty cycle setting: Ilapat ang voltage control signal na nasa range ng -2.3V hanggang +2.3V sa DADJ terminal ng MAX038 upang ayusin ang charging at discharging time ng capacitor Cf. Ayusin ang triangular wave output ng oscillator sa range ng 10% - 90%, at sa huli ay lumikha ng distorted sine waves, sawtooth waves, at pulse waves. Dahil ang constant current na 250 μA ay umuusbong sa DADJ terminal, ikonekta ang resistor Rd sa pagitan ng terminal na ito at ang reference power supply pin REF. Kaya: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Ayusin ang value ng Rd upang ayusin ang duty cycle ng triangular waves at sawtooth waves nang hindi maapektuhan ang synchronous output pulses, at Rd hindi dapat mas mataas sa 20 kΩ.
2.2 Frequency Adjustment ng Output Waveform
Ang output frequency ng MAX038 ay kontrolado ng oscillation capacitor Cf, IIN current, at FADJ voltage. Sa isang fixed Cf, ang fine frequency tuning ay makakamit sa pamamagitan ng pag-control ng IIN pin. Para sa digital control, ikonekta ang DACs sa IIN at FADJ. Ang mga ito ay lumilikha ng maliliit na voltages, na inconvert sa 0-748 μA current (plus 2 μA mula sa network) para sa 2-750 μA sa IIN, na lumilikha ng output frequency range. Ang DAC ay hinahati ang range na ito sa 256 steps, na nagbibigay-daan sa coarse adjustment sa pamamagitan ng IIN current at fine tuning sa pamamagitan ng DAC.
2.3 Voltage Output Adjustment ng Power Amplification Circuit
Ang tatlong single-phase step-up transformer circuits ay gumagana bilang isang three-phase transformer para sa kasabay na signal boosting (na iwas sa malaking epekto ng direkta na paggamit ng three-phase transformer sa maliliit na signals). Ang mga voltage adjustments sa pagitan ng 200 V at 80 V ay makakamit sa pamamagitan ng pag-regulate ng transformers.
2.4 DC Working Circuit Voltage Adjustment
Ang DC voltage transformation at stabilization circuit ay nagbibigay ng stable DC power mula sa on-site 220 V AC supply. Ito ay lumilikha ng +35 V at +5 V (na sumasang-ayon sa mga requirement ng precision ng transformers) gamit ang 7805 at 7905 DC power modules.
3 Conclusion
Ang disenyo ng power supply ay may malinaw na functionality, cost-effectiveness, at mataas na output precision, na ganap na sumasang-ayon sa mga requirement ng testing instrument.
Ang modular design ay nagbabawas ng complexity, na may interconnected pero independent na circuits. Ang malinaw na functional division (sine wave generation, phase control, power amplification, DC supply) ay nagbibigay-daan sa continuous upgrades upang sumang-ayon sa mga pangangailangan ng user.
Ang control signals Q0-Q3 ay nagbibigay-daan sa MCU compatibility at digital control. Kasama ang modular design, ang aparato ay lumilikha ng three-phase, two-phase orthogonal, at single-frequency sine signals, plus rectangular/triangular waves na may iba't ibang phase requirements, na sumasang-ayon sa iba't ibang tasks.
