Dizajn in odpravljanje napak visoko natančnega napajalnika za merilne naprave z uporabo MAX038 in BTL pojačevanja

1 Tiskanje struje napajalnika za testiranje

To napravo uporablja standardno napravo za generiranje majhnih signalov, ki generira majhne tokovne signale z zahtevano frekvenco in faznim kotom. Nato, skozi posiljevalni obvod in fazno modulacijski obvod, je ustvarjena delovna napajača napetost.

1.1 Naprava za generiranje majhnih tokovnih signalov sinusne valovanje s frekvenco napajanja

Obvod za generiranje sinusnega valovanja je predvsem sestavljen iz čipa MAX038, proizvedenega od ameriškega podjetja MAXIM. Glede na zahteve za testiranje ta obvod potrebuje 3 čipe in lahko generira vsaj 3-kanalne sinusne signale. MAX038 je visokočastotni natančni funkcionalni generator. Z gradnjo preprostega okoljskega obvoda (glej Sliko 1) in kontroliranjem pinov A₀ in A₁ (glej Tabelo 1), lahko generira sinusne, pravokotne in trikotne valove.

Prilagoditev frekvence: Ko je pin FADJ na nižji ravni, se izhodna frekvenca lahko izračuna po formuli Fₐ = I_IN / C_f (kjer I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ je izhodna frekvenca, v MHz; C_f je zunana kapacitivnost oscilatorja, v pF; I_IN je izhodni tok pina I_N, v μA; V_ref je izhodna napetost pina REF; R_in je vhodni upor pina IN).

Prilagoditev dolžine impulza: Sprememba napetosti na pinu DADJ spremeni relativne nabiralne in razpraznjalne hitrosti kondenzatorja C_f. Ko je pin DADJ na nižji ravni, je dolžina impulza 50%. Ko se napetost na pinu DADJ spreminja v obsegu -2.3～2.3 V, se dolžina impulza spreminja v obsegu 85%～15%. Prilagoditev dolžine impulza se lahko izračuna po formuli V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (kjer V_dadj je napetost na pinu DADJ).

1.2 Uresničitev enofaznega, trifaznega in dvofaznega pravokotnega izhoda majhnih tokovnih signalov

Notranji fazni detektor MAX038 se lahko uporabi za izgradnjo fazno zaključenega obvoda. Ko se trifazni pravokotni valovi vnesejo v PDI terminali treh MAX038, bodo tri sinusni signali, ki jih izdajo, trifazni AC signali. Za enofazni izhod se lahko dva sinusnih generatorja izklopa, da deluje le tretji sinusni generator.

Ni potrebno vnesti faznih prilagoditvenih signalov v PDI. Načelo dvofaznega pravokotnega izhoda je enako trifaznemu izhodu. Najprej izklopite en sinusni generator, nato pa v PDI terminele preostalih dveh sinusnih generatorjev vneste dva pravokotna pravokotna valova. Dva sinusna signala, ki jih izdajo, bosta dvofazni pravokotni AC signali. Ta pravokotni zunanji sinhronizacijski signal se uresniči z programabilnim PLD. Razdelite trifazni napajalski frekvenčni kvadratni valovni signal na 6 stanj (glej Sliko 2).

Očitno, časovna razlika med vsakim stanjem znaša 3.3 ms (s periodo 20 ms pri 50 Hz). Če vsako od 6 izhodnih stanj trajajo 3.3 ms in se neskončno ciklirajo v pozitivnem zaporedju, se lahko izda trifazni napajalski frekvenčni kvadratni valovni signal. Podobno obravnavate dvofazni pravokotni signal in ga razdelite na 4 stanja (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Časovna razlika med vsakim stanjem znaša 5 ms. Če vsako od 4 izhodnih stanj trajajo 5 ms in se neskončno ciklirajo v pozitivnem zaporedju, se lahko izda trifazni napajalski dvofazni pravokotni kvadratni valovni signal.

Fazni sinhronizacijski valovni oblik MAX038 izdaja signale Q₂, Q₀, Q₁ iz pinov 16#, 14# in 13# programabilnega čipa P16R6 (glejte podatke P16R6) do zunanjih sinhronizacijskih signalov PDI treh MAX038. Na izhodu pina 13# je postavljena logična VRATA, ki jo nadzoruje signal Q₃. Z urejanjem programa, da Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ izpolnijo specifične pogoje (Tabela 2), se lahko doseže generiranje trifaznih in dvofaznih pravokotnih zunanjih sinhronizacijskih signalov.

1.3 Načelo uresničitve močnega posiljanja

Enofazni posiljevalni obvod je zasnovan kot struktura Bridge-Tied Load (BTL). Dva konca opte so povezana z izhodi dvaju posiljevalnikov. Izhod enega posiljevalnika je zrcalni izhod drugega. To pomeni, da signali, ki so naloženi na dva konca opte, imata samo fazi razliko 180°. Napetost, pridobljena na opti, je dvakrat večja od prvotne enostranske izhodne napetosti (glej Sliko 3), kar izpolnjuje zahtevo, da enofazni izhod ni manjši od 100 W.

2 Odpravljanje težav s napajalnikom za testiranje
2.1 Prilagoditev izkrivljenosti izhodnega valovanja

Nastavitev dolžine impulza: Na DADJ terminal MAX038 vnesite napetostni kontrolni signal v obsegu -2.3V do +2.3V, da prilagodite čas nabiranja in razpraznjanja kondenzatorja C_f. Prilagodite trikotni val, ki ga izdaja oscilator, v obsegu 10% - 90%, in na koncu ustvarite izkrivljene sinusne valove, pilaste valove in pulzne valove. Ker stalno tečejo 250 μA toka v DADJ terminal, povežite upor R_d med ta terminal in referenčni napajalni pin REF. Potem: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Prilagajanje vrednosti R_d lahko prilagodi dolžino impulza trikotnih in pilastih valov, brez vpliva na sinhronizirane izhodne pulze, in R_d ne sme biti večji od 20 kΩ.

2.2 Prilagoditev frekvence izhodnega valovanja

Izhodna frekvenca MAX038 je nadzorovana s kapacitivnostjo oscilatorja C_f, tokom IIN in napetostjo FADJ. Z fiksno C_f se fino prilagaja frekvenca z nadzorom pina IIN. Za digitalni nadzor so pripojeni DAC-i na IIN in FADJ. Ti ustvarjajo majhne napetosti, pretvorjene v tok 0-748 μA (plus 2 μA iz omrežja) za 2-750 μA na IIN, ustvarjajo obseg izhodne frekvence. DAC ta obseg razdeli na 256 korakov, omogoča grobo prilagajanje z tokom IIN in fino prilagajanje preko DAC-a.

2.3 Prilagoditev izhodne napetosti močnega posiljevalnega obvoda

Tri enofazna obvoda za povečanje napetosti delujejo kot trifazni transformator za hkratno povečevanje signalov (izogibanje velikemu vplivu neposredne uporabe trifaznega transformatorja na majhne signale). Prilagoditve napetosti med 200 V in 80 V se dosežejo z reguliranjem transformatorjev.

2.4 Prilagoditev napetosti delovnega obvoda DC

Obvod za pretvorbo in stabilizacijo DC napetosti zagotavlja stabilno DC napetost iz lokalne 220 V AC napetosti. Izdaja +35 V in +5 V (v skladu s preciznostjo transformatorja) z uporabo DC napajalnih modulov 7805 in 7905.

3 Zaključek

• Zasnovani napajalnik ima jasne funkcije, ekonomičnost in visoko natančnost izhoda, popolnoma izpolnjuje zahteve za testne instrumente.

• Modularni zasnovi zmanjšajo kompleksnost, z vzporedno in neodvisno vezanimi obvodi. Jasna funkcionalna razdelitev (generiranje sinusnih valov, fazni nadzor, močno posiljanje, DC napajanje) omogoča zvezno nadgradnjo, da bi zadovoljili potrebe uporabnikov.

• Kontrolni signali Q₀-Q₃ omogočajo združljivost z MCU in digitalni nadzor. Skupaj s modularnim zasnovom naprava izdaja trifazne, dvofazne pravokotne in enofrekvenčne sinusne signale, skupaj s pravokotnimi/trikotnimi valovi z različnimi faznimi zahtevami, ki zadovoljujejo različne naloge.