Ontwerp en Debugging van Hoogprecisie Voeding voor Signaalmeters met MAX038 en BTL Versterking
1 Hardware Design van Testvoeding
Dit apparaat gebruikt een standaard kleine-signaal genererend apparaat om kleine stroomsignalen met de vereiste frequentie en fasehoek te genereren. Vervolgens wordt via het versterkingscircuit en het fasemodulatiecircuit de werkvoeding gegenereerd.
1.1 Netfrequentie Sinusgolf Kleine-Stroom Signaal Genererend Apparaat
Het sinusgolf genererende circuit bestaat voornamelijk uit de door MAXIM Corporation geproduceerde golfvormgeneratiechip MAX038. Volgens de testvereisten heeft dit circuit 3 chips nodig en kan het minstens 3-kanalige sinussignalen genereren. MAX038 is een hoogfrequente precisiefunctiegenerator. Door een eenvoudig omringend circuit op te bouwen (zie Figuur 1) en de chip-pinnen A₀ en A₁ te controleren (zie Tabel 1), kunnen sinusgolven, blokgolven en driehoeksgolven worden gegenereerd.
Frequentie-instelling: Wanneer de pin FADJ op nulniveau staat, kan de uitgangsfrequentie worden berekend met de formule Fₐ = IIN / Cf (waarbij IIN= Vref/ Rin; Fₐ is de uitgangsfrequentie, in MHz; Cf is de externe circuitscapaciteit van de oscillator, in pF; IIN is de uitgangsstroom van de pin IN, in μA; Vref is de uitgangsspanning van de pin REF; Rin is de ingangsweerstand van de pin IN).
Pulsbreedte-instelling: De spanningverandering van de pin DADJ zal de relatieve laad- en ontladingstijden van de condensator Cf wijzigen. Wanneer de pin DADJ op nulniveau staat, is de pulsbreedte 50%. Wanneer de spanning van de pin DADJ varieert binnen het bereik van -2.3～2.3 V, varieert de pulsbreedte binnen het bereik van 85%～15%. De instelling van de pulsbreedte kan worden berekend met de formule Vdadj =₋50%- DC×0.0575 (waarbij Vdadj de spanning op de pin DADJ is).
1.2 Realisatie van Enkelefasige, Driefasige en Tweefasige Orthogonale Uitvoer van Kleine-Stroomsignalen
De fasedetector binnen de MAX038 kan worden gebruikt om een faseslotcircuit op te bouwen. Wanneer driefasige blokgolfsignalen naar de PDI-terminals van drie MAX038's worden ingevoerd, zullen de drie sinusgolfsignalen die door hen worden uitgevoerd, driefasige wisselstroomsignalen zijn. Voor enkelefasige signaaluitvoer kunnen twee sinusgolf-signalengeneratoren worden uitgeschakeld, en werkt alleen de derde sinusgolfgenerator.
Er hoeft geen fase-instellingssignaal naar PDI te worden ingevoerd. Het principe van tweefasige orthogonale signaaluitvoer is consistent met dat van driefasige uitvoer. Eerst schakelt u één sinusgolf-signalengenerator uit, en dan worden twee orthogonale blokgolfsignalen respectievelijk toegepast op de PDI-terminals van de overblijvende twee sinusgolf-signalengeneratoren. De twee sinusgolfsignalen die door hen worden uitgevoerd, zullen tweefasige orthogonale wisselstroomsignalen zijn. Dit rechthoekige externe synchronisatiesignaal wordt geïmplementeerd door een programmeerbare PLD. Verdeel het driefasige netfrequentie blokgolfsignaal in 6 staten (zie Figuur 2).
Duidelijk is dat het tijdsverschil tussen elke staat 3.3 ms bedraagt (met een periode van 20 ms bij 50 Hz). Zolang de 6 uitvoerstaten elk 3.3 ms duren en oneindig cyclisch in de positieve volgorde, kan het netfrequentie driefasige blokgolfsignaal worden uitgevoerd. Op dezelfde manier wordt het tweefasige orthogonale signaal verwerkt en verdeeld in 4 staten (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Het tijdsverschil tussen elke staat is 5 ms. Zolang de 4 uitvoerstaten elk 5 ms duren en oneindig cyclisch in de positieve volgorde, kan het netfrequentie tweefasige orthogonale blokgolfsignaal worden uitgevoerd.
Het fasesynchronisatiecontrole golfformulier van MAX038 geeft signalen Q₂, Q₀, Q₁ af van de pinnen 16#, 14# en 13# van de programmeerbare chip P16R6 (zie de P16R6-gegevens) naar de externe synchronisatiesignaal PDI-terminals van drie MAX038's. Er is een EN-poort ingesteld aan de uitvoer van pin 13#, bestuurd door signaal Q₃. Door het programma te bewerken om Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ specifieke voorwaarden te laten voldoen (Tabel 2), kan de generatie van driefasige en tweefasige orthogonale rechthoekige externe synchronisatiesignalen worden bereikt.
1.3 Implementatieprincipe van Vermogensversterking
Het enkelefasige versterkingscircuit is ontworpen als een Bridge-Tied Load (BTL)-structuur. De twee uiteinden van de belasting zijn respectievelijk verbonden met de uitvoerterminals van twee versterkers. De uitvoer van één versterker is de spiegeluitvoer van de andere. Dat wil zeggen, de signalen die op de twee uiteinden van de belasting worden geladen, hebben slechts een faseverschil van 180°. De spanning die op de belasting wordt verkregen, is twee keer de oorspronkelijke enkele-eindige uitvoerspanning (zie Figuur 3), waarmee aan de vereiste wordt voldaan dat de enkelefasige uitvoer niet minder dan 100 W bedraagt.
2 Debugging van de Testvoeding Hardware
2.1 Verstoring van de Uitvoergolfformulier
Pulsbreedte-instelling: Pas een spanning controleersignaal toe van -2.3V tot +2.3V op de DADJ-terminal van MAX038 om de laad- en ontladingstijd van de condensator Cf aan te passen. Pas de driehoeksgolf die door de oscillator wordt uitgevoerd aan binnen het bereik van 10% - 90%, en genereer uiteindelijk vervormde sinusgolven, zaaggolven en pulsgolven. Omdat er een constante stroom van 250 μA in de DADJ-terminal stroomt, verbindt u een weerstand Rd tussen deze terminal en de referentievoedingspin REF. Dan: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Door de waarde van Rd aan te passen, kan de pulsbreedte van driehoeksgolven en zaaggolven worden aangepast zonder de synchrone uitvoerpulsen te beïnvloeden, en Rd mag niet groter zijn dan 20 kΩ.
2.2 Frequentie-instelling van de Uitvoergolfformulier
De uitgangsfrequentie van MAX038 wordt beheerst door de oscillatorkapaciteit Cf, de IIN-stroom en de FADJ-spanning. Met een vaste Cf wordt fijn frequentieafstelling bereikt door de IIN-pin te beheren. Voor digitale beheersing worden DAC's verbonden met IIN en FADJ. Deze genereren kleine spanningen, die worden omgezet in 0-748 μA stroom (plus 2 μA van het netwerk) voor 2-750 μA op IIN, wat het uitvoerfrequentiebereik creëert. De DAC verdeelt dit bereik in 256 stappen, waardoor grove afstelling via IIN-stroom en fijn afstellen via de DAC mogelijk is.
2.3 Spanningsuitvoerafstelling van het Vermogensversterkingscircuit
De drie enkelefasige stapschakelingcircuits functioneren als een driefasige transformator voor simultane signaalversterking (om de significante invloed van direct gebruik van een driefasige transformator op kleine signalen te vermijden). Spanningsafstellingen tussen 200 V en 80 V worden bereikt door de transformators te regelen.
2.4 Spanningsafstelling van het Gelijkstroom Werkcircuit
Een gelijkstroom transformatie- en stabiliseringscircuit levert stabiele gelijkstroom van de ter plaatse aanwezige 220 V wisselspanning. Het levert +35 V en +5 V (die voldoen aan de precisie-eisen van de transformator) met behulp van 7805 en 7905 gelijkstroomkrachtmodules.
3 Conclusie
De ontworpen voeding heeft duidelijke functionaliteit, kosteneffectiviteit en hoge uitvoerprecisie, en voldoet volledig aan de vereisten van meetinstrumenten.
Modulaire ontwerp vermindert complexiteit, met onderling verbonden maar onafhankelijke circuits. Duidelijke functionele indeling (sinusgolf generatie, fasebeheersing, vermogensversterking, gelijkstroomvoorziening) maakt continue upgrades mogelijk om aan gebruikersbehoeften te voldoen.
Controlesignalen Q0-Q3 maken MCU-compatibiliteit en digitale beheersing mogelijk. In combinatie met modulair ontwerp levert het apparaat driefasige, tweefasige orthogonale en enkele-frequentie sinussignalen, plus rechthoekige/driehoekige golven met diverse fase-eisen, waardoor verschillende taken kunnen worden uitgevoerd.
