Conception et Débogage d'Alimentation Électrique de Haute Précision pour les Testeurs de Signaux Utilisant MAX038 et l'Amplification BTL
1 Conception matérielle de l’alimentation du testeur
Ce dispositif utilise un générateur de signaux de petite amplitude standard pour générer des signaux de faible intensité avec la fréquence et l'angle de phase requis. Ensuite, à travers le circuit d'amplification et le circuit de modulation de phase, l'alimentation de travail est générée.
1.1 Générateur de signaux de faible intensité en onde sinusoïdale de fréquence secteur
Le circuit de génération d'ondes sinusoïdales est principalement composé de la puce de génération de formes d'onde MAX038 produite par la société américaine MAXIM. Selon les exigences de test, ce circuit nécessite 3 puces et peut générer au moins 3 canaux de signaux sinusoïdaux. La MAX038 est un générateur de fonctions de haute précision. En construisant un circuit périphérique simple (voir Figure 1) et en contrôlant les broches A₀ et A₁ (voir Tableau 1), on peut générer des ondes sinusoïdales, rectangulaires et triangulaires.
Ajustement de la fréquence : Lorsque la broche FADJ est à niveau zéro, la fréquence de sortie peut être calculée par la formule Fₐ = IIN / Cf (où IIN= Vref/ Rin; Fₐ est la fréquence de sortie, en MHz ; Cf est la capacité du circuit oscillateur externe, en pF ; IIN est le courant de sortie de la broche IN, en μA ; Vref est la tension de sortie de la broche REF ; Rin est la résistance d'entrée de la broche IN).
Ajustement du rapport cyclique : La variation de la tension de la broche DADJ va modifier les taux relatifs de charge et de décharge du condensateur Cf. Lorsque la broche DADJ est à niveau zéro, le rapport cyclique est de 50 %. Lorsque la tension de la broche DADJ varie dans la plage de -2,3 à 2,3 V, le rapport cyclique varie dans la plage de 85 % à 15 %. L'ajustement du rapport cyclique peut être calculé par la formule Vdadj = -50% - DC × 0,0575 (où Vdadj est la tension sur la broche DADJ).
1.2 Réalisation de la sortie monophasée, triphasée et biphasée orthogonale de signaux de faible intensité
Le détecteur de phase à l'intérieur de la MAX038 peut être utilisé pour construire un circuit à boucle de verrouillage de phase. Lorsque des signaux d'ondes rectangulaires triphasées sont appliqués aux terminaux PDI de trois MAX038, les trois signaux sinusoïdaux qu'elles émettent seront des signaux AC triphasés. Pour une sortie de signal monophasé, deux générateurs de signaux sinusoïdaux peuvent être désactivés, et seul le troisième générateur de signaux sinusoïdaux fonctionne.
Il n'est pas nécessaire d'appliquer des signaux d'ajustement de phase aux PDI. Le principe de la sortie de signaux biphasés orthogonaux est cohérent avec celui de la sortie triphasée. Tout d'abord, désactivez un générateur de signaux sinusoïdaux, puis appliquez deux signaux d'ondes rectangulaires orthogonaux respectivement aux terminaux PDI des deux générateurs de signaux sinusoïdaux restants. Les deux signaux sinusoïdaux qu'ils émettent seront des signaux AC biphasés orthogonaux. Ce signal de synchronisation rectangulaire externe est réalisé par un PLD programmable. Divisez le signal carré triphasé de fréquence secteur en 6 états (voir Figure 2).
Il est évident que la différence de temps entre chaque état est de 3,3 ms (avec une période de 20 ms à 50 Hz). Tant que les 6 états de sortie durent chacun 3,3 ms et se répètent indéfiniment dans l'ordre positif, le signal carré triphasé de fréquence secteur peut être émis. De même, traitez le signal biphasé orthogonal et divisez-le en 4 états (S₇, S₈, S₉, S₁₀). La différence de temps entre chaque état est de 5 ms. Tant que les 4 états de sortie durent chacun 5 ms et se répètent indéfiniment dans l'ordre positif, le signal carré biphasé orthogonal de fréquence secteur peut être émis.
La forme d'onde de contrôle de synchronisation de phase de la MAX038 émet des signaux Q₂, Q₀, Q₁ depuis les broches 16#, 14# et 13# de la puce programmable P16R6 (voir les données P16R6) vers les terminaux de signal de synchronisation externe PDI de trois MAX038. Une porte ET est placée à la sortie de la broche 13#, contrôlée par le signal Q₃. En modifiant le programme pour que Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ répondent à des conditions spécifiques (Tableau 2), la génération de signaux de synchronisation externe rectangulaire triphasée et biphasée orthogonale peut être réalisée.
1.3 Principe de réalisation de l'amplification de puissance
Le circuit d'amplification monophasée est conçu selon une structure Bridge-Tied Load (BTL). Les deux extrémités de la charge sont connectées respectivement aux bornes de sortie de deux amplificateurs. La sortie d'un amplificateur est la sortie miroir de l'autre. Cela signifie que les signaux chargés sur les deux extrémités de la charge n'ont qu'une différence de phase de 180°. La tension obtenue sur la charge est deux fois la tension de sortie monopolaire originale (voir Figure 3), répondant à l'exigence que la sortie monophasée ne soit pas inférieure à 100 W.
2 Débogage de la conception matérielle de l’alimentation du testeur
2.1 Ajustement de la distorsion de la forme d'onde de sortie
Réglage du rapport cyclique : Appliquez un signal de commande de tension allant de -2,3 V à +2,3 V à la broche DADJ de la MAX038 pour ajuster le temps de charge et de décharge du condensateur Cf. Ajustez la sortie d'onde triangulaire par l'oscillateur dans la plage de 10 % à 90 %, et générez finalement des ondes sinusoïdales, en dents de scie et en impulsion distordues. Étant donné qu'un courant constant de 250 μA circule dans la broche DADJ, reliez une résistance Rd entre cette broche et la broche d'alimentation de référence REF. Alors : Vdadj = Vref - 0,25Rd ; Ajuster la valeur de Rd permet d'ajuster le rapport cyclique des ondes triangulaires et en dents de scie sans affecter les impulsions de sortie synchronisées, et Rd ne doit pas être supérieur à 20 kΩ.
2.2 Ajustement de la fréquence de la forme d'onde de sortie
La fréquence de sortie de la MAX038 est contrôlée par le condensateur d'oscillation Cf, le courant IIN et la tension FADJ. Avec un Cf fixe, un réglage fin de la fréquence est réalisé en contrôlant la broche IIN. Pour un contrôle numérique, des DAC sont connectés à IIN et FADJ. Ces derniers génèrent de petites tensions, converties en un courant de 0 à 748 μA (plus 2 μA provenant du réseau) pour 2 à 750 μA à IIN, créant ainsi la plage de fréquence de sortie. Le DAC divise cette plage en 256 étapes, permettant un réglage grossier via le courant IIN et un réglage fin via le DAC.
2.3 Ajustement de la tension de sortie du circuit d'amplification de puissance
Les trois circuits de transformateur monophasé à élévation de tension fonctionnent comme un transformateur triphasé pour un renforcement simultané des signaux (évitant l'impact significatif de l'utilisation directe d'un transformateur triphasé sur les petits signaux). Les ajustements de tension entre 200 V et 80 V sont réalisés en régulant les transformateurs.
2.4 Ajustement de la tension de l'alimentation continue du circuit de fonctionnement
Un circuit de transformation et de stabilisation de la tension continue fournit une alimentation continue stable à partir de l'alimentation CA de 220 V sur site. Il fournit +35 V et +5 V (répondant aux exigences de précision du transformateur) en utilisant des modules d'alimentation continue 7805 et 7905.
3 Conclusion
L'alimentation conçue présente des fonctions claires, un coût avantageux et une grande précision de sortie, répondant pleinement aux exigences des instruments de test.
La conception modulaire réduit la complexité, avec des circuits interconnectés mais indépendants. La division claire des fonctions (génération d'ondes sinusoïdales, contrôle de phase, amplification de puissance, alimentation continue) permet des mises à niveau continues pour répondre aux besoins des utilisateurs.
Les signaux de commande Q0-Q3 permettent la compatibilité avec le MCU et le contrôle numérique. Associée à la conception modulaire, l'appareil émet des signaux sinusoïdaux monofréquence, triphasés, biphasés orthogonaux, ainsi que des ondes rectangulaires et triangulaires avec diverses exigences de phase, satisfaisant ainsi diverses tâches.
