A jelteszemélyzetek számára kialakított magas pontosságú tápegység tervezése és hibaelhárítása MAX038 és BTL fokozó használatával

1 Tápegység tesztelő hardver tervezése

Ez az eszköz egy szabványos kisjel generáló eszközt használ a szükséges frekvenciájú és fázisszögű kis áramerősségű jel generálására. Ezután a munkatápegység a fokozó áramkör és a fázismódosító áramkör segítségével jön létre.

1.1 Hálózati frekvenciájú szinusz hullámú kis áramerősségű jel generáló eszköz

A szinusz hullám generáló áramkör főleg az Egyesült Államokbeli MAXIM Corporation által gyártott MAX038 hullámformageneráló chipből áll. A vizsgálati követelményeknek megfelelően ez az áramkör 3 chipre van szüksége, és legalább 3-csatornás szinusz jel generálását teszi lehetővé. A MAX038 egy magasfrekvenciás precíziós funkciógenerátor. Egyszerű perifériákép (lásd: 1. ábra) felépítésével, valamint a chip A₀ és A₁ csapatainak (lásd: 1. táblázat) irányításával szinusz, téglalap és háromszög hullámok generálhatók.

Frekvencia beállítása: Ha a FADJ csapta nullaszintű, a kimeneti frekvencia a következő képlettel számítható: Fₐ = I_IN / C_f (ahol I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ a kimeneti frekvencia, MHz-ban; C_f a rezgőkör külső áramkör kapacitása, pF-ban; I_IN a pin I_N kimeneti áram, μA-ban; V_ref a REF pin kimeneti feszültsége; R_in az IN pin bemeneti ellenállása).

Duty cycle beállítása: A DADJ pin feszültségváltozása befolyásolja a C_f kondenzátor relatív töltési és ürítési sebességét. Ha a DADJ pin nullaszintű, a duty cycle 50%. Ha a DADJ pin feszültsége -2.3 ~ 2.3 V között változik, a duty cycle 85% ~ 15% között változik. A duty cycle beállítása a következő képlettel számítható: V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (ahol V_dadj a DADJ pin feszültsége).

1.2 Egyfázisú, háromfázisú és kétfázisú ortogonális kis áramerősségű jel kimenetének megvalósítása

A MAX038 belső fázisdetektora használható fázistartós hurok áramkörének építésére. Ha háromfázisú téglalap hullám jel kerül a három MAX038 PDI termináljára, a három általuk kibocsátott szinusz hullám jel háromfázisú AC jel lesz. Az egyfázisú jel kimenethez kikapcsolhatók két szinusz hullám generátor, csak a harmadik működik.

Nincs szükség fázisbeállító jel PDI-ra. A kétfázisú ortogonális jel kimenetének elve megegyezik a háromfázisú kimenettel. Először kikapcsoljuk egy szinusz hullám generátort, majd két ortogonális téglalap hullám jel kerül a maradék két szinusz hullám generátor PDI termináljaira. A két általuk kibocsátott szinusz hullám jel kétfázisú ortogonális AC jel lesz. Ez a téglalap külső szinkronizáló jel programozható PLD-vel valósul meg. A háromfázisú hálózati frekvenciás négyzet hullám jel 6 állapotra osztva (lásd: 2. ábra).

Nyilvánvaló, hogy minden állapot közötti időkülönbség 3.3 ms (20 ms periódussal 50 Hz-es frekvencián). Ahhoz, hogy a háromfázisú hálózati frekvenciás négyzet hullám jel kimenhet, mindegyik 6 kimeneti állapotnak 3.3 ms-ig kell tartania, és végtelenül ciklikus sorrendben kellene pozitív sorrendben ismétlődni. Ugyanez vonatkozik a kétfázisú ortogonális jelre, amelyet 4 állapotra (S₇, S₈, S₉, S₁₀) osztunk. Minden állapot közötti időkülönbség 5 ms. Ahhoz, hogy a kétfázisú ortogonális négyzet hullám jel kimenhet, mindegyik 4 kimeneti állapotnak 5 ms-ig kell tartania, és végtelenül ciklikus sorrendben kellene pozitív sorrendben ismétlődni.

A MAX038 fázisszinkronizáló vezérlő hullám Q₂, Q₀, Q₁ jeleket ad a P16R6 programozható chip 16#, 14# és 13# pinjeiről (lásd: P16R6 adatlap) a három MAX038 külső szinkronizáló jel PDI termináljaihoz. A 13# pin kimenetén AND kapu van, amely Q₃ jelekkel irányított. A program szerkesztésével Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ bizonyos feltételeknek (2. táblázat) megfelelő módon tekinthető, hogy háromfázisú és kétfázisú ortogonális téglalap külső szinkronizáló jel generálása lehetséges legyen.

1.3 Teljesítmény növelésének megvalósítási elve

Az egyfázisú erősítő áramkör Bridge-Tied Load (BTL) szerkezetben van tervezve. A terhelés két végpontja két erősítő kimeneti termináljához van csatlakoztatva. Az egyik erősítő kimenete a másik tükörképe. Tehát a terhelés két végpontján betöltött jeleknek csak 180°-os fáziskülönbsége van. A terhelésen megkapott feszültség kétszerese az eredeti egyoldali kimeneti feszültségnek (lásd: 3. ábra), ezzel teljesül a feltétel, hogy az egyfázisú kimenet nem kevesebb, mint 100 W.

2 A tápegység tesztelő hardverének hibaelhárítása
2.1 Kimeneti hullám alak torzulásának beállítása

Duty cycle beállítása: -2.3V és +2.3V közötti feszültség-irányító jel alkalmazása a MAX038 DADJ termináljára a C_f kondenzátor töltési és ürítési idejének beállításához. Az oszcillátor által generált háromszög hullám 10% - 90% közötti tartományba állítható, végül torzított szinusz hullám, fogaskorong hullám és impulzus hullám keletkezik. Mivel a DADJ terminálba konstans 250 μA áram folyik, egy R_d ellenállást kötünk be ezen a terminál és a referencia tápegység REF pinje között. Ekkor: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Az R_d értékének beállításával a háromszög és fogaskorong hullám duty cyclet beállítható anélkül, hogy befolyásolná a szinkronizált impulzus kimenetet, és R_d nem lehet nagyobb 20 kΩ-nál.

2.2 Kimeneti hullám frekvenciájának beállítása

A MAX038 kimeneti frekvenciát a rezgések C_f kondenzátora, az IIN áram és a FADJ feszültség szabályozza. Fix C_f-mel a finom frekvencia-beállítást az IIN csapta irányításával érik el. Digitális irányításhoz DAC-okat kötnek az IIN-hez és a FADJ-hoz. Ezek kis feszültséget generálnak, amelyet 0-748 μA áramra (plusz 2 μA a hálózattól) alakítanak át az IIN 2-750 μA-ra, így kialakítva a kimeneti frekvencia tartományt. A DAC ezt a tartományt 256 lépésre osztja, lehetővé téve a kasár beállítást az IIN árammal és a finom beállítást a DAC-n keresztül.

2.3 Erősítő áramkör feszültségkimenetének beállítása

A három egyfázisú emelő transzformátor áramkör egyszerre működik háromfázisú transzformátor mint, miközben a jel erősítését végzik (így elkerülve a közvetlen háromfázisú transzformátor használatának jelentős hatását a kis jelekre). A 200 V és 80 V közötti feszültségbeállítást a transzformátorokkal érik el.

2.4 DC működési áramkör feszültségkimenetének beállítása

A DC feszültség átalakító és stabilizáló áramkör stabil DC tápegységet biztosít a helyszíni 220 V AC tápegységből. 7805 és 7905 DC tápegység modulokkal +35 V és +5 V (a transzformátor pontossági igényeinek megfelelően) kimenetet ad.

3 Következtetés

• A tervezett tápegység világos funkcionalitással, költséghatékonysággal és magas kimeneti pontossággal rendelkezik, teljes mértékben kielégítve a mérőeszközök igényeit.

• Moduláris tervezés csökkenti a komplexitást, összekapcsolt, de független áramkövekkel. Világos funkcionális osztás (szinusz hullám generálás, fázis-irányítás, teljesítmény növelés, DC tápegység) lehetővé teszi a folyamatos fejlesztéseket a felhasználói igények kielégítésére.

• Q₀-Q₃ vezérlő jelek MCU-kompatibilitást és digitális irányítást tesznek lehetővé. A moduláris tervezéssel együtt az eszköz háromfázisú, kétfázisú ortogonális, egyfázisú frekvenciás szinusz jeleket, valamint különböző fázisigényekkel rendelkező téglalap/háromszög hullámokat ad ki, különböző feladatok kielégítésére.