MAX038 및 BTL 증폭을 사용한 신호 테스터용 고정밀 전원 공급장치의 설계 및 디버깅
1 테스터 전원 공급 장치의 하드웨어 설계
이 장치는 표준 소신호 발생 장치를 사용하여 필요한 주파수와 위상각을 가진 소전류 신호를 생성합니다. 그런 다음 증폭 회로와 위상 조정 회로를 통해 작업 전원을 생성합니다.
1.1 전력 주파수 사인파 소전류 신호 발생 장치
사인파 발생 회로는 주로 미국 MAXIM Corporation에서 제조한 파형 발생 칩 MAX038으로 구성됩니다. 테스트 요구사항에 따라 이 회로는 3개의 칩이 필요하며 최소 3채널의 사인 신호를 생성할 수 있습니다. MAX038은 고주파 정밀 함수 발생기입니다. 간단한 외부 회로(도표 1 참조)를 구성하고 칩 핀 A₀과 A₁(표 1 참조)를 제어함으로써 사인파, 직사각파 및 삼각파를 생성할 수 있습니다.
주파수 조정: FADJ 핀이 0레벨일 때 출력 주파수는 공식 Fₐ = IIN / Cf(여기서 IIN= Vref/ Rin; Fₐ는 출력 주파수(MHz); Cf는 발진기의 외부 회로 용량(pF); IIN은 핀 IN의 출력 전류(μA); Vref는 REF 핀의 출력 전압; Rin은 IN 핀의 입력 저항)로 계산할 수 있습니다.
듀티 사이클 조정: DADJ 핀의 전압 변화는 커패시터 Cf의 상대적인 충전 및 방전 속도를 변경합니다. DADJ 핀이 0레벨일 때 듀티 사이클은 50%입니다. DADJ 핀의 전압이 -2.3～2.3 V 범위에서 변하면 듀티 사이클은 85%～15% 범위에서 변합니다. 듀티 사이클 조정은 공식 Vdadj =₋50%- DC×0.0575(여기서 Vdadj는 DADJ 핀의 전압)로 계산할 수 있습니다.
1.2 단상, 삼상, 두상 직교 출력의 실현
MAX038 내부의 위상 검출기는 위상 잠금 루프 회로를 구성하는 데 사용할 수 있습니다. 세 개의 MAX038의 PDI 단자에 삼상 직사각파 신호가 입력되면 그들로부터 출력되는 세 개의 사인파 신호는 삼상 교류 신호가 됩니다. 단상 신호 출력을 위해서는 두 개의 사인파 신호 발생기를 꺼두고 세 번째 사인파 발생기만 작동시키면 됩니다.
PDI에 위상 조정 신호를 입력할 필요는 없습니다. 두상 직교 신호 출력의 원리는 삼상 출력과 같습니다. 먼저 하나의 사인파 신호 발생기를 꺼두고, 남은 두 개의 사인파 신호 발생기의 PDI 단자에 각각 두 개의 직교 직사각파 신호를 적용합니다. 그들이 출력하는 두 개의 사인파 신호는 두상 직교 교류 신호가 됩니다. 이 직사각 외부 동기 신호는 프로그래밍 가능한 PLD로 구현됩니다. 삼상 전력 주파수 사각파 신호를 6개 상태(도표 2 참조)로 분할합니다.
명백히 각 상태 사이의 시간 차이는 3.3 ms(50 Hz에서 주기가 20 ms)입니다. 6개의 출력 상태가 각각 3.3 ms씩 지속되고 양방향 순환하면 삼상 전력 주파수 사각파 신호를 출력할 수 있습니다. 마찬가지로 두상 직교 신호를 처리하고 4개 상태(S₇, S₈, S₉, S₁₀)로 분할합니다. 각 상태 사이의 시간 차이는 5 ms입니다. 4개의 출력 상태가 각각 5 ms씩 지속되고 양방향 순환하면 두상 직교 전력 주파수 사각파 신호를 출력할 수 있습니다.
MAX038의 위상 동기 제어 파형은 P16R6 프로그래밍 가능 칩(P16R6 데이터 참고)의 핀 16#, 14#, 13#에서 신호 Q₂, Q₀, Q₁을 세 개의 MAX038의 외부 동기 신호 PDI 단자로 출력합니다. 핀 13#의 출력에 AND 게이트가 설정되어 Q₃ 신호로 제어됩니다. 프로그램을 편집하여 Q₀, Q₁, Q₂, Q₃가 특정 조건(표 2)을 충족하도록 하면 삼상 및 두상 직교 직사각 외부 동기 신호의 생성이 가능해집니다.
1.3 전력 증폭의 실현 원리
단상 증폭 회로는 Bridge-Tied Load (BTL) 구조로 설계되었습니다. 부하의 양쪽 끝이 두 개의 증폭기의 출력 단자에 각각 연결됩니다. 한 증폭기의 출력은 다른 증폭기의 거울 출력입니다. 즉, 부하의 양쪽 끝에 로드된 신호는 180°의 위상 차이만 있습니다. 부하에서 얻은 전압은 원래 단단출력 전압의 두 배입니다(도표 3 참조), 단상 출력이 100 W 미만이 아닌 요구 사항을 충족합니다.
2 테스터 전원 공급 장치 하드웨어의 디버깅
2.1 출력 파형의 왜곡 조정
듀티 사이클 설정: MAX038의 DADJ 단자에 -2.3V부터 +2.3V까지의 전압 제어 신호를 적용하여 커패시터 Cf의 충전 및 방전 시간을 조정합니다. 발진기에서 출력되는 삼각파를 10% - 90% 범위로 조정하여 결국 왜곡된 사인파, 봉오리파, 맥동파를 생성합니다. DADJ 단자에는 250 μA의 일정한 전류가 흐르므로 이 단자와 참조 전원 핀 REF 사이에 저항 Rd을 연결합니다. 그러면: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Rd 값을 조정하면 삼각파와 봉오리파의 듀티 사이클을 조정할 수 있으며, 동기 출력 맥동에는 영향을 미치지 않으며, Rd는 20 kΩ를 초과해서는 안 됩니다.
2.2 출력 파형의 주파수 조정
MAX038의 출력 주파수는 진동 커패시터 Cf, IIN 전류, 그리고 FADJ 전압에 의해 제어됩니다. Cf가 고정되면 IIN 핀을 제어하여 미세한 주파수 조정을 수행합니다. 디지털 제어를 위해 DAC를 IIN과 FADJ에 연결합니다. 이러한 것들은 작은 전압을 생성하여 0-748 μA 전류(네트워크에서 2 μA 추가)로 변환하여 IIN에서 2-750 μA를 생성하여 출력 주파수 범위를 만듭니다. DAC는 이를 256단계로 나누어 IIN 전류를 통해 대략적인 조정과 DAC를 통한 미세한 조정을 가능하게 합니다.
2.3 전력 증폭 회로의 전압 출력 조정
세 개의 단상 스텝업 변압기 회로는 동시에 신호를 증폭하기 위한 삼상 변압기로서 기능합니다(직접 삼상 변압기를 사용하는 것이 소신호에 큰 영향을 미치는 것을 피하기 위해). 변압기를 조절하여 200 V와 80 V 사이의 전압 조정을 수행합니다.
2.4 DC 워킹 회로 전압 조정
DC 전압 변환 및 안정화 회로는 현장의 220 V AC 전원에서 안정적인 DC 전원을 제공합니다. 7805 및 7905 DC 전원 모듈을 사용하여 +35 V 및 +5 V(변압기 정밀도 요구사항 충족)를 출력합니다.
3 결론
설계된 전원 공급 장치는 기능이 명확하고 비용 효율적이며 높은 출력 정밀도를 갖추어 테스트 기기 요구사항을 완전히 충족합니다.
모듈식 설계는 복잡성을 줄이고 서로 연결되면서 독립적인 회로를 제공합니다. 명확한 기능 분할(사인파 생성, 위상 제어, 전력 증폭, DC 공급)은 사용자의 요구를 충족하기 위해 지속적인 업그레이드를 가능하게 합니다.
제어 신호 Q0-Q3는 MCU 호환성과 디지털 제어를 가능하게 합니다. 모듈식 설계와 함께 장치는 다양한 위상 요구 사항을 가진 삼상, 두상 직교, 단일 주파수 사인파, 직사각파/삼각파를 출력하여 다양한 작업을 충족합니다.
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