Dizajn i otklanjanje grešaka visoko precizne napajanja za testere signala koristeći MAX038 i BTL pojačanje

1 Hardverski dizajn napajanja testera

Ovaj uređaj koristi standardni generator malih signala za generiranje malih strujnih signala s potrebnom frekvencijom i kutom faze. Zatim, kroz pojačavajući krug i fazno-modulirajući krug, generira se radno napajanje.

1.1 Generator malih strujnih signala sinusne valovanje snage

Krug generiranja sinusne valovanje glavno je sastavljen od čipa za generiranje valova MAX038 proizvedenog od strane američke tvrtke MAXIM. Prema zahtjevima testiranja, ovaj krug treba 3 čipa i može generirati najmanje 3-kanalne sinusne signale. MAX038 je visokofrekventni točan funkcionalni generator. Stvaranjem jednostavnog vanjskog kruga (vidi Sliku 1) i kontrolom značajki čipa A₀ i A₁ (vidi Tablicu 1), mogu se generirati sinusne, pravokutne i trokutaste valove.

Prilagodbu frekvencije: Kada je značajka FADJ na nultoj razini, izlaznu frekvenciju može se izračunati formulom Fₐ = I_IN / C_f (gdje je I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ je izlazna frekvencija, u MHz; C_f je vanjska kapacitetna vrijednost oscilatora, u pF; I_IN je izlazna struja značajke I_N, u μA; V_ref je izlazna naponska vrijednost značajke REF; R_in je ulazni otpor značajke IN).

Prilagodbu faktora punjenja: Promjena napona na značajci DADJ mijenja relativne stope punjenja i ispunjenja kondenzatora C_f. Kada je značajka DADJ na nultoj razini, faktor punjenja je 50%. Kada se napon na značajci DADJ mijenja u rasponu -2.3～2.3 V, faktor punjenja se mijenja u rasponu 85%～15%. Prilagodbu faktora punjenja može se izračunati formulom V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (gdje je V_dadj napon na značajci DADJ).

1.2 Realizacija jednofaznog, trofaznog i dvofaznog ortogonalnog izlaza malih strujnih signala

Unutarnji detektor faze unutar MAX038 može se koristiti za izgradnju kruga zaključene faze. Kada se trofazni pravokutni talasni signali upisuju u PDI terminali triju MAX038, trofazni sinusni signali koje oni izlaze bit će trofazni AC signali. Za izlaz jednofaznog signala, dva generatora sinusnih signala mogu se isključiti, a radi samo treći generator sinusnih signala.

Nema potrebe unositi signale prilagodbe faze na PDI. Princip izlaza dvofaznih ortogonalnih signala je isti kao i za trofazni izlaz. Najprije se isključi jedan generator sinusnih signala, a zatim se primijene dva ortogonalna pravokutna talasna signala na PDI terminele preostalih dva generatora sinusnih signala. Sinusni signali koje oni izlaze bit će dvofazni ortogonalni AC signali. Ovaj pravokutni vanjski sinkronizacijski signal implementira se programabilnim PLD. Trofazni strujni kvadratni valoviti signal podijeljen je na 6 stanja (vidi Sliku 2).

Očito, vremenska razlika između svakog stanja je 3.3 ms (s periodom od 20 ms pri 50 Hz). Dok god svako od 6 izlaznih stanja traje 3.3 ms i ciklično se ponavlja u pozitivnom redoslijedu, može se izdavati trofazni strujni kvadratni valoviti signal. Slično tome, obradite dvofazni ortogonalni signal i podijelite ga na 4 stanja (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Vremenska razlika između svakog stanja je 5 ms. Dok god svako od 4 izlaznih stanja traje 5 ms i ciklično se ponavlja u pozitivnom redoslijedu, može se izdavati dvofazni ortogonalni kvadratni valoviti signal.

Valovita forma faze sinkronizacije izlaza MAX038 ispušta signale Q₂, Q₀, Q₁ sa značajki 16#, 14# i 13# programabilnog čipa P16R6 (vidi podatke o P16R6) na vanjskim sinkronizacijskim terminalima PDI triju MAX038. Na izlazu značajke 13# postavljen je logički I vrata, kontrolirana signalom Q₃. Uređivanjem programa da Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ zadovoljavaju specifične uvjete (Tablica 2), može se postići generiranje trofaznih i dvofaznih ortogonalnih vanjskih sinkronizacijskih signala.

1.3 Princip realizacije pojačanja snage

Jednofazni pojačavajući krug dizajniran je kao struktura Bridge-Tied Load (BTL). Dva kraja opterećenja su povezani s izlaznim terminalima dva pojačavača. Izlaz jednog pojačavača je zrcalni izlaz drugog. To znači da signali opterećeni na dva kraja opterećenja imaju samo razliku faze od 180°. Napon dobiven na opterećenju je dvaput veći od originalnog jednosmernog izlaznog napona (vidi Sliku 3), što ispunjava zahtjev da jednofazni izlaz ne bude manji od 100 W.

2 Ispravljanje hardvera napajanja testera
2.1 Prilagodba distorzije izlazne valne forme

Postavljanje faktora punjenja: Primijenite kontrolni signali napona u rasponu od -2.3V do +2.3V na terminal DADJ od MAX038 kako biste prilagodili vrijeme punjenja i ispunjenja kondenzatora C_f. Prilagodite trokutasti val izlazni od oscilatora u rasponu 10% - 90%, i konačno generirajte distorzirane sinusne, zubaste i pulsne valove. Budući da konstantna struja od 250 μA teče u terminal DADJ, spojite otpornik R_d između ovog terminala i referentnog značajke napajača REF. Tada: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Prilagodbom vrijednosti R_d može se prilagoditi faktor punjenja trokutastih i zubastih valova bez utjecaja na sinkronizirane izlazne impulse, a R_d ne smije biti veći od 20 kΩ.

2.2 Prilagodba frekvencije izlazne valne forme

Izlazna frekvencija MAX038 kontrolirana je oscilatorom kondenzatora C_f, strujom IIN i napajanjem FADJ. Sa fiksiranim C_f, fino podešavanje frekvencije postiže se kontrolovaljem značajke IIN. Za digitalnu kontrolu, DAC-ovi su povezani s IIN i FADJ. Ovi generiraju male napone, pretvorene u struju od 0-748 μA (plus 2 μA iz mreže) za 2-750 μA na IIN, stvarajući opseg izlazne frekvencije. DAC dijeli taj opseg na 256 koraka, omogućujući grubo podešavanje putem struje IIN i fino podešavanje putem DAC-a.

2.3 Podešavanje naponskog izlaza pojačavajućeg kruga

Tri jednofazna step-up transformatora funkcionišu kao trofazni transformator za istovremeno jačanje signala (izbjegavajući značajan uticaj direktnog korištenja trofaznog transformatora na male signale). Podešavanja napona od 200 V do 80 V ostvare se reguliranjem transformatora.

2.4 Podešavanje radnog napona DC kruga

DC krug transformacije i stabilizacije napona pruža stabilno DC napajanje iz lokalnog 220 V AC napajanja. Izlazi +35 V i +5 V (ispunjavajući zahtjeve preciznosti transformatora) koristeći DC napajanje modula 7805 i 7905.

3 Zaključak

• Izgrađeno napajanje ima jasne funkcije, ekonomičnost i visoku preciznost izlaza, potpuno ispunjavajući zahtjeve za testnim instrumentima.

• Modularni dizajn smanjuje složenost, s međusobno povezanim, ali nezavisnim krugovima. Jasan podjela funkcija (generiranje sinusnih valova, kontrola faze, pojačanje snage, DC napajanje) omogućuje kontinuirana nadogradnja kako bi se ispunili korisnički zahtjevi.

• Kontrolni signali Q₀-Q₃ omogućuju kompatibilnost MCU i digitalnu kontrolu. U kombinaciji s modularnim dizajnom, uređaj izdaje trofazne, dvofazne ortogonalne i jednofrekventne sinusne signale, uz pravokutne/trokutaste valove s različitim zahtjevima za fazom, zadovoljavajući različite zadatke.