Desain dan Pengecekan Sumber Daya Listrik Tingkat Presisi Tinggi untuk Pengujian Sinyal Menggunakan MAX038 dan Amplifikasi BTL

1 Desain Perangkat Keras Sumber Daya Pengujian

Perangkat ini menggunakan perangkat pembangkit sinyal kecil standar untuk menghasilkan sinyal arus kecil dengan frekuensi dan sudut fase yang diperlukan. Kemudian, melalui rangkaian penguat dan rangkaian modulasi fase, sumber daya kerja dihasilkan.

1.1 Perangkat Pembangkit Sinyal Arus Kecil Gelombang Sinus Frekuensi Listrik

Rangkaian pembangkit gelombang sinus terutama terdiri dari chip pembangkit bentuk gelombang MAX038 yang diproduksi oleh Perusahaan MAXIM Amerika Serikat. Sesuai dengan persyaratan pengujian, rangkaian ini membutuhkan 3 chip dan dapat menghasilkan setidaknya 3 saluran sinyal sinus. MAX038 adalah generator fungsi presisi frekuensi tinggi. Dengan membangun rangkaian periferal sederhana (lihat Gambar 1) dan mengontrol pin A₀ dan A₁ (lihat Tabel 1), gelombang sinus, gelombang persegi, dan gelombang segitiga dapat dihasilkan.

Penyesuaian frekuensi: Ketika pin FADJ berada pada level nol, frekuensi output dapat dihitung dengan rumus Fₐ = I_IN / C_f(di mana I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ adalah frekuensi output, dalam MHz; C_f adalah kapasitansi sirkuit eksternal osilator, dalam pF; I_IN adalah arus output pin I_N, dalam μA; V_ref adalah tegangan output pin REF; R_in adalah hambatan input pin IN).

Penyesuaian siklus tugas: Perubahan tegangan pada pin DADJ akan mengubah laju pengisian dan pengelepasan relatif kapasitor C_f. Ketika pin DADJ berada pada level nol, siklus tugas adalah 50%. Ketika tegangan pin DADJ berubah dalam rentang -2.3～2.3 V, siklus tugas berubah dalam rentang 85%～15%. Penyesuaian siklus tugas dapat dihitung dengan rumus V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (di mana V_dadj adalah tegangan pada pin DADJ).

1.2 Realisasi Output Ortogonal Satu-fase, Tiga-fase, dan Dua-fase Sinyal Arus Kecil

Detektor fase di dalam MAX038 dapat digunakan untuk membangun sirkuit loop phase-locked. Ketika sinyal gelombang persegi tiga fasa dimasukkan ke terminal PDI tiga MAX038, tiga sinyal sinus yang dihasilkannya akan menjadi sinyal AC tiga fasa. Untuk output sinyal satu fasa, dua pembangkit sinyal sinus dapat dimatikan, dan hanya pembangkit sinyal sinus ketiga yang bekerja.

Tidak perlu memasukkan sinyal penyesuaian fase ke PDI. Prinsip output sinyal ortogonal dua fasa konsisten dengan output tiga fasa. Pertama, matikan satu pembangkit sinyal sinus, lalu terapkan dua sinyal gelombang persegi ortogonal ke terminal PDI dua pembangkit sinyal sinus yang tersisa masing-masing. Dua sinyal sinus yang dihasilkannya akan menjadi sinyal AC dua fasa ortogonal. Sinyal sinkronisasi persegi eksternal ini diimplementasikan oleh PLD yang dapat diprogram. Bagi sinyal gelombang persegi tiga fasa frekuensi listrik menjadi 6 keadaan (lihat Gambar 2).

Jelas, selisih waktu antara setiap keadaan adalah 3.3 ms (dengan periode 20 ms pada 50 Hz). Selama 6 keadaan output masing-masing bertahan selama 3.3 ms dan berputar tak terbatas dalam urutan positif, sinyal gelombang persegi tiga fasa frekuensi listrik dapat dihasilkan. Demikian pula, proses sinyal ortogonal dua fase dan bagi menjadi 4 keadaan (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Selisih waktu antara setiap keadaan adalah 5 ms. Selama 4 keadaan output masing-masing bertahan selama 5 ms dan berputar tak terbatas dalam urutan positif, sinyal gelombang persegi ortogonal dua fasa frekuensi listrik dapat dihasilkan.

Gelombang kontrol sinkronisasi fase MAX038 mengeluarkan sinyal Q₂, Q₀, Q₁ dari pin 16#, 14#, dan 13# chip pemrograman P16R6 (merujuk pada data P16R6) ke terminal sinyal sinkronisasi eksternal PDI tiga MAX038. Gerbang AND ditetapkan di output pin 13#, dikendalikan oleh sinyal Q₃. Dengan menyunting program agar Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ memenuhi kondisi tertentu (Tabel 2), dapat dicapai pembangkitan sinyal sinkronisasi persegi eksternal tiga fasa dan dua fasa ortogonal

1.3 Prinsip Implementasi Penguatan Daya

Rangkaian penguat satu fasa dirancang sebagai struktur Beban Terhubung Jembatan (BTL). Dua ujung beban masing-masing terhubung ke terminal output dua penguat. Output satu penguat adalah output cermin dari penguat lainnya. Artinya, sinyal yang dimuat pada kedua ujung beban hanya memiliki perbedaan fase 180°. Tegangan yang diperoleh pada beban adalah dua kali tegangan output single-ended asli (lihat Gambar 3), memenuhi persyaratan bahwa output satu fasa tidak kurang dari 100 W.

2 Debugging Perangkat Keras Sumber Daya Pengujian
2.1 Penyesuaian Distorsi Bentuk Gelombang Output

Pengaturan siklus tugas: Terapkan sinyal kontrol tegangan berkisar dari -2.3V hingga +2.3V ke terminal DADJ MAX038 untuk menyesuaikan waktu pengisian dan pengelepasan kapasitor C_f. Sesuaikan gelombang segitiga yang dihasilkan oleh osilator dalam rentang 10% - 90%, dan akhirnya menghasilkan gelombang sinus distorsi, gelombang gigi gergaji, dan gelombang pulsa. Karena arus konstan 250 μA mengalir ke terminal DADJ, hubungkan resistor R_d antara terminal ini dan pin sumber daya referensi REF. Maka: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Menyesuaikan nilai R_d dapat menyesuaikan siklus tugas gelombang segitiga dan gelombang gigi gergaji tanpa mempengaruhi pulsa output sinkron, dan R_d tidak boleh lebih besar dari 20 kΩ.

2.2 Penyesuaian Frekuensi Bentuk Gelombang Output

Frekuensi output MAX038 dikendalikan oleh kapasitor osilasi C_f, arus IIN, dan tegangan FADJ. Dengan C_f tetap, penyetelan frekuensi halus dicapai dengan mengontrol pin IIN. Untuk kontrol digital, DAC dihubungkan ke IIN dan FADJ. Ini menghasilkan tegangan kecil, yang dikonversi menjadi arus 0-748 μA (plus 2 μA dari jaringan) untuk 2-750 μA di IIN, menciptakan rentang frekuensi output. DAC membagi rentang ini menjadi 256 langkah, memungkinkan penyetelan kasar melalui arus IIN dan penyetelan halus melalui DAC.

2.3 Penyesuaian Tegangan Output Rangkaian Penguatan Daya

Tiga rangkaian transformator step-up satu fasa berfungsi sebagai transformator tiga fasa untuk penguatan sinyal bersamaan (menghindari dampak signifikan penggunaan langsung transformator tiga fasa terhadap sinyal kecil). Penyesuaian tegangan antara 200 V dan 80 V dicapai dengan mengatur transformator.

2.4 Penyesuaian Tegangan Sirkuit Kerja DC

Sirkuit transformasi dan stabilisasi tegangan DC menyediakan daya DC stabil dari pasokan AC 220 V di lokasi. Menggunakan modul daya DC 7805 dan 7905, ia mengeluarkan +35 V dan +5 V (memenuhi persyaratan presisi transformator).

3 Kesimpulan

• Sumber daya yang dirancang memiliki fungsi yang jelas, hemat biaya, dan presisi output yang tinggi, sepenuhnya memenuhi persyaratan alat pengujian.

• Desain modular mengurangi kompleksitas, dengan sirkuit yang saling terhubung namun independen. Pembagian fungsi yang jelas (pembangkitan gelombang sinus, kontrol fase, penguatan daya, pasokan DC) memungkinkan peningkatan berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan pengguna.

• Sinyal kontrol Q₀-Q₃ memungkinkan kompatibilitas MCU dan kontrol digital. Dikombinasikan dengan desain modular, perangkat mengeluarkan sinyal sinus satu frekuensi, plus gelombang persegi/segitiga dengan berbagai persyaratan fase, memenuhi berbagai tugas.