Design og feilsøking av høypræcis strømforsyning for signaltester ved bruk av MAX038 og BTL-forsterkning

1 Strømforsyningens maskinvareutforming

Dette enheten bruker en standard liten signalgenereringsenhet for å generere småstrømsignaler med ønsket frekvens og faservinkel. Deretter genereres arbeidsstrømforsyningen gjennom forsterkningskretsen og fasemoduleringskretsen.

1.1 Netthøyfrekvens sinusbølge liten strøm-signalgenereringsenhet

Sinusbølgens genereringskrets er hovedsakelig sammensatt av bølgeformsgenereringschippen MAX038 produsert av MAXIM Corporation i USA. Ifølge testkravene trenger denne kretsen 3 chipper og kan generere minst 3-kanals sinussignaler. MAX038 er en høyfrekvens nøyaktig funksjonsgenerator. Ved å bygge en enkel omringende krets (se figur 1) og kontrollere chippinne A₀ og A₁ (se tabell 1), kan sinusbølger, rektangulære bølger og trekantbølger genereres.

Frekvensjustering: Når pinne FADJ er på nullnivå, kan utdatafrekvensen beregnes ved formelen Fₐ = I_IN / C_f(der I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ er utdatafrekvensen, i MHz; C_f er den eksterne kretsens kapasitans, i pF; I_IN er utdatastrømmen fra pinne I_N, i μA; V_ref er utdatabrukspunktet fra pinne REF; R_in er inngangsresistansen til pinne IN).

Tidsforholdjustering: Spanningsendringen av pinne DADJ vil endre de relative opladnings- og avladningshastighetene for kapasitoren C_f. Når pinne DADJ er på nullnivå, er tidsforholdet 50%. Når spenningen på pinne DADJ endres i området -2.3～2.3 V, endres tidsforholdet i området 85%～15%. Tidsforholdjusteringen kan beregnes ved formelen V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (der V_dadj er spenningen på pinne DADJ).

1.2 Realisering av enefase, tre-fase og to-fase ortogonale utdata av småstrømsignaler

Fasedetektoren inne i MAX038 kan brukes til å konstruere en fase-låst løkkekrets. Når tre-fase rektangulære bølgesignaler settes inn på PDI-terminalene til tre MAX038, vil de tre sinusbølgesignalene de sender ut være tre-fase vekselstrømsignaler. For enefase signautdata, kan to sinusbølgesignalgeneratorer slås av, og bare den tredje sinusbølgesignalgeneratoren fungerer.

Det er ikke nødvendig å sette inn fasejusterings-signaler til PDI. Prinsippet for to-fase ortogonale signautdata er det samme som for tre-fase utdata. Først skrus en sinusbølgesignalgenerator av, og deretter settes to ortogonale rektangulære bølgesignaler inn på PDI-terminalene til de to gjenstående sinusbølgesignalgeneratorne. De to sinusbølgesignalene de sender ut vil være to-fase ortogonale vekselstrømsignaler. Denne rektangulære eksterne synkroniserings-signalen implementeres ved hjelp av en programmerbar PLD. Del tre-fase netthøyfrekvens kvadratbølgesignalet inn i 6 tilstander (se figur 2).

Tydeligvis er tidsforskjellen mellom hver tilstand 3.3 ms (med en periode på 20 ms ved 50 Hz). Så lenge de 6 utdata-tilstandene hver varer 3.3 ms og sykluser uendelig i positiv rekkefølge, kan tre-fase netthøyfrekvens kvadratbølgesignalet sendes ut. På samme måte behandles to-fase ortogonale signalet og deles inn i 4 tilstander (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Tidsforskjellen mellom hver tilstand er 5 ms. Så lenge de 4 utdata-tilstandene hver varer 5 ms og sykluser uendelig i positiv rekkefølge, kan to-fase ortogonale netthøyfrekvens kvadratbølgesignalet sendes ut.

Fase-synkroniseringskontrollbølgen til MAX038 sender ut signalet Q₂, Q₀, Q₁ fra pinne 16#, 14# og 13# av den programmerbare P16R6-chippen (se P16R6-datasheet) til de eksterne synkroniserings-signalterminalene PDI til tre MAX038. En OG-port er satt ved utgangen av pinne 13#, kontrollert av signalet Q₃. Ved å redigere programmet slik at Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ oppfyller spesifikke betingelser (tabell 2), kan genereringen av tre-fase og to-fase ortogonale rektangulære eksterne synkroniserings-signaler oppnås.

1.3 Implementeringsprinsipp for effektforsterkning

Den enefase forsterkningskretsen er designet som en Bridge-Tied Load (BTL)-struktur. Begge ender av belasteden er koblet til utgangsterminalene til to forsterkere. Utgangen av en forsterker er speilbildet av den andre. Det vil si, at signalet som lastes på begge ender av belasteden, kun har en faseskille på 180°. Spenningen som oppnås på belasteden, er dobbelt så stor som den opprinnelige eneendede utgangsspenningen (se figur 3), noe som oppfyller kravet om at enefase utdata ikke skal være mindre enn 100 W.

2 Feilsøking av testerens strømforsyningens maskinvare
2.1 Forvrengningsjustering av utdata-bølgeform

Tidsforholdinnstilling: Sett på en spenningskontrollsignal som strekker seg fra -2.3V til +2.3V på terminalen DADJ til MAX038 for å justere ladnings- og avladningstiden for kapasitoren C_f. Juster trekantbølgen som oscillator sender ut i området 10% - 90%, og generer til slutt forvrentede sinusbølger, savtannsbølger og pulsjebølger. Ettersom en konstant strøm på 250 μA flyter inn i terminalen DADJ, kobler du en motstand R_d mellom denne terminalen og referansestrømpinnen REF. Da: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Justering av verdien til R_d kan justere tidsforholdet for trekantbølger og savtannsbølger uten å påvirke synkroniserte utdatapuls, og R_d bør ikke være større enn 20 kΩ.

2.2 Frekvensjustering av utdata-bølgeform

MAX038's utdatafrekvens styres av oscillasjonskapasitoren C_f, IIN-strøm, og FADJ-spennings. Med en fast C_f, oppnås finfrekvensjustering ved å kontrollere IIN-pinnen. For digital kontroll kobles DAC-er til IIN og FADJ. Disse genererer små spenninger, konvertert til 0-748 μA strøm (plus 2 μA fra nettverket) for 2-750 μA på IIN, for å skape utdatafrekvensområdet. DAC deler dette området inn i 256 trinn, som gir grovjustering via IIN-strøm og finjustering gjennom DAC.

2.3 Spenningsutdatajustering av effektforsterkingskretsen

De tre enefase spenningsoekertransformator-kretsene fungerer som en tre-fase transformator for samtidig signaløkning (unngår betydelig påvirkning av direkte bruk av tre-fase transformator på små signalet). Spenningsjusteringer mellom 200 V og 80 V oppnås ved regulering av transformatorer.

2.4 DC-arbeidskretsens spenningsjustering

En DC-spenningsomformerings- og stabiliseringskrets gir stabil DC-strøm fra lokal 220 V AC-strøm. Den gir +35 V og +5 V (som oppfyller presisjonskravene til transformatorer) ved hjelp av 7805 og 7905 DC-strømmoduler.

3 Konklusjon

• Den utformede strømforsyningen har klare funksjoner, kostnadseffektivitet og høy utdata-nøyaktighet, og oppfyller fullstendig testinstrumentets krav.

• Modulær design reduserer kompleksiteten, med sammenkoblede men uavhengige kretser. Klar funksjonsfordeling (sinusbølgegenerering, fasekontroll, effektforsterkning, DC-strøm) tillater kontinuerlige oppgraderinger for å møte brukernes behov.

• Kontrollsignaler Q₀-Q₃ muliggjør MCU-kompatibilitet og digital kontroll. I kombinasjon med modulært design, sender enheten ut tre-fase, to-fase ortogonale, og enefrekvente sinussignaler, pluss kvadratiske/trekantbølger med ulike faser, som tilfredsstiller forskjellige oppgaver.