Reka Bentuk dan Penyahpepijatan Bekalan Kuasa Tinggi Ketepatan untuk Penguji Isyarat Menggunakan MAX038 dan Penguatan BTL

1 Reka Bentuk Perkakasan Bekalan Kuasa Pengujian

Peranti ini menggunakan peranti penghasil isyarat kecil standard untuk menghasilkan isyarat arus kecil dengan frekuensi dan sudut fasa yang diperlukan. Kemudian, melalui litar pengamplifier dan litar modulasi fasa, bekalan kuasa kerja dihasilkan.

1.1 Peranti Penghasil Isyarat Arus Kecil Gelombang Sinus Frekuensi Kuasa

Litar penghasil gelombang sinus terutamanya terdiri daripada cip penghasil bentuk gelombang MAX038 yang dihasilkan oleh Syarikat MAXIM Amerika Syarikat. Berdasarkan keperluan ujian, litar ini memerlukan 3 cip dan boleh menghasilkan sekurang-kurangnya 3 saluran isyarat sinus. MAX038 adalah penghasil fungsi presisi frekuensi tinggi. Dengan membina litar persekitaran mudah (lihat Gambar 1) dan mengawal pin A₀ dan A₁ cip (lihat Jadual 1), gelombang sinus, gelombang segi empat tepat, dan gelombang segitiga boleh dihasilkan.

Penyesuaian frekuensi: Apabila pin FADJ berada pada tahap sifar, frekuensi output boleh dikira dengan formula Fₐ = I_IN / C_f (di mana I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ adalah frekuensi output, dalam MHz; C_f adalah kapasitansi litar luar osilator, dalam pF; I_IN adalah arus output pin I_N, dalam μA; V_ref adalah voltan output pin REF; R_in adalah rintangan input pin IN).

Penyesuaian kitaran bekerja: Perubahan voltan pin DADJ akan mengubah kadar cas dan lepasan relatif kapasitor C_f. Apabila pin DADJ berada pada tahap sifar, kitaran bekerja adalah 50%. Apabila voltan pin DADJ berubah dalam julat -2.3～2.3 V, kitaran bekerja berubah dalam julat 85%～15%. Penyesuaian kitaran bekerja boleh dikira dengan formula V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (di mana V_dadj adalah voltan pada pin DADJ).

1.2 Pelaksanaan Output Ortogonal Satu-fasa, Tiga-fasa, dan Dua-fasa Isyarat Arus Kecil

Pengesan fasa di dalam MAX038 boleh digunakan untuk membina litar gelung fasa-terkunci. Apabila isyarat gelombang segi empat tepat tiga-fasa dimasukkan ke terminal PDI tiga MAX038, tiga isyarat gelombang sinus yang dihasilkan oleh mereka akan menjadi isyarat AC tiga-fasa. Untuk output isyarat satu-fasa, dua penghasil isyarat gelombang sinus boleh dimatikan, dan hanya penghasil gelombang sinus ketiga sahaja yang beroperasi.

Tidak perlu memasukkan isyarat penyesuaian fasa ke PDI. Prinsip output isyarat ortogonal dua-fasa adalah konsisten dengan output tiga-fasa. Pertama, matikan satu penghasil isyarat gelombang sinus, dan kemudian terapkan dua isyarat gelombang segi empat tepat ortogonal kepada terminal PDI dua penghasil isyarat gelombang sinus yang tersisa masing-masing. Dua isyarat gelombang sinus yang dihasilkan oleh mereka akan menjadi isyarat AC dua-fasa ortogonal. Isyarat sinkronisasi luar segi empat tepat ini dilaksanakan oleh PLD yang diprogram. Bahagikan isyarat gelombang segi empat tepat tiga-fasa kuasa frekuensi kepada 6 keadaan (lihat Gambar 2).

Jelas, perbezaan masa antara setiap keadaan adalah 3.3 ms (dengan tempoh 20 ms pada 50 Hz). Selagi 6 keadaan output masing-masing berlangsung selama 3.3 ms dan berputar secara infinitif dalam urutan positif, isyarat gelombang segi empat tepat tiga-fasa kuasa frekuensi boleh dikeluarkan. Secara serupa, proses isyarat ortogonal dua-fasa dan bahagikan kepada 4 keadaan (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Perbezaan masa antara setiap keadaan adalah 5 ms. Selagi 4 keadaan output masing-masing berlangsung selama 5 ms dan berputar secara infinitif dalam urutan positif, isyarat gelombang segi empat tepat dua-fasa ortogonal kuasa frekuensi boleh dikeluarkan.

Bentuk gelombang kawalan sinkronisasi fasa MAX038 mengeluarkan isyarat Q₂, Q₀, Q₁ dari pin 16#, 14#, dan 13# cip pemrograman P16R6 (merujuk kepada data P16R6) ke terminal isyarat sinkronisasi luar PDI tiga MAX038. Gerbang AND ditetapkan pada output pin 13#, dikawal oleh isyarat Q₃. Dengan menyunting program supaya Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ memenuhi syarat tertentu (Jadual 2), penghasilan isyarat sinkronisasi luar segi empat tepat tiga-fasa dan dua-fasa ortogonal boleh dicapai.

1.3 Prinsip Pelaksanaan Pengamplifikasi Kuasa

Litar pengamplifikasi satu-fasa direka sebagai struktur Beban Terikat Jambatan (BTL). Dua hujung beban masing-masing disambungkan ke terminal output dua pengamplifier. Output satu pengamplifier adalah output cerminan pengamplifier yang lain. Itu bermaksud, isyarat yang dimuatkan pada dua hujung beban hanya mempunyai perbezaan fasa 180°. Voltan yang diperoleh pada beban adalah dua kali voltan output single-ended asal (lihat Gambar 3), memenuhi keperluan bahawa output satu-fasa tidak kurang daripada 100 W.

2 Penyelesaian Perkakasan Bekalan Kuasa Pengujian
2.1 Penyesuaian Distorsi Bentuk Gelombang Output

Penetapan kitaran bekerja: Terapkan isyarat kawalan voltan berkisar dari -2.3V hingga +2.3V ke terminal DADJ MAX038 untuk menyesuaikan masa cas dan lepasan kapasitor C_f. Sesuaikan gelombang segitiga yang dihasilkan oleh osilator dalam julat 10% - 90%, dan akhirnya menghasilkan gelombang sinus terdistorsi, gelombang gergaji, dan gelombang pulsa. Kerana arus tetap 250 μA mengalir ke terminal DADJ, sambungkan rintangan R_d antara terminal ini dan pin bekalan kuasa rujukan REF. Kemudian: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Menyesuaikan nilai R_d boleh menyesuaikan kitaran bekerja gelombang segitiga dan gelombang gergaji tanpa mempengaruhi isyarat pulsa output bersinkron, dan R_d tidak harus lebih besar daripada 20 kΩ.

2.2 Penyesuaian Frekuensi Bentuk Gelombang Output

Frekuensi output MAX038 dikawal oleh kapasitor getaran C_f, arus IIN, dan voltan FADJ. Dengan C_f tetap, penyelarasan frekuensi halus dicapai dengan mengawal pin IIN. Untuk kawalan digital, DAC disambungkan ke IIN dan FADJ. Ini menghasilkan voltan kecil, ditukar kepada arus 0-748 μA (ditambah 2 μA dari rangkaian) untuk 2-750 μA pada IIN, mencipta julat frekuensi output. DAC membagi julat ini kepada 256 langkah, membolehkan penyesuaian kasar melalui arus IIN dan penyelarasan halus melalui DAC.

2.3 Penyesuaian Voltan Output Litar Pengamplifikasi Kuasa

Tiga litar transformator penaik tegangan satu-fasa berfungsi sebagai transformator tiga-fasa untuk penguatan isyarat serentak (mengelakkan impak besar penggunaan transformator tiga-fasa langsung terhadap isyarat kecil). Penyesuaian voltan antara 200 V dan 80 V dicapai dengan mengatur transformator-transformator tersebut.

2.4 Penyesuaian Voltan Litar Kerja DC

Litar transformasi dan stabilisasi voltan DC memberikan bekalan kuasa DC stabil dari bekalan AC 220 V di tapak. Ia mengeluarkan +35 V dan +5 V (memenuhi keperluan presisi transformator) menggunakan modul kuasa DC 7805 dan 7905.

3 Kesimpulan

• Bekalan kuasa yang direka mempunyai fungsi yang jelas, ekonomis, dan presisi output yang tinggi, sepenuhnya memenuhi keperluan instrumen pengujian.

• Reka bentuk modul mengurangkan kompleksiti, dengan litar-litar yang saling berkaitan tetapi bebas. Pembahagian fungsi yang jelas (penghasilan gelombang sinus, kawalan fasa, pengamplifikasi kuasa, bekalan DC) membolehkan peningkatan berterusan untuk memenuhi keperluan pengguna.

• Isyarat kawalan Q₀-Q₃ menyediakan keserasian MCU dan kawalan digital. Bergabung dengan reka bentuk modul, peranti mengeluarkan isyarat gelombang sinus tiga-fasa, dua-fasa ortogonal, dan frekuensi tunggal, serta gelombang segi empat tepat/gelombang segitiga dengan pelbagai keperluan fasa, memenuhi pelbagai tugas.