Dizajn i otklanjanje grešaka visoko precizne napajanja za testere signala koristeći MAX038 i BTL pojačanje

1 Hardverski dizajn napajanja testera

Ovaj uređaj koristi standardni generator malih signala za generisanje malih strujnih signala sa potrebnom frekvencijom i faznim uglom. Zatim, kroz pojačavajući krug i fazno-modulacioni krug, generiše se radno napajanje.

1.1 Generator malih strujnih signala sinusne talase snage

Generatorski krug sinusne talase uglavnom je sastavljen od čipa za generisanje talasa MAX038 proizvedenog od strane američke kompanije MAXIM. Prema testnim zahtevima, ovaj krug treba 3 čipa i može generisati najmanje 3-kanalne sinusne signale. MAX038 je visokofrekventni precizan funkcioni generator. Kroz izgradnju jednostavnog perifernog kruga (vidi Sliku 1) i kontrolu pinova A₀ i A₁ (vidi Tabelu 1), mogu se generisati sinusne, pravougaone i trokutaste talase.

Podešavanje frekvencije: Kada pin FADJ bude na nivou nule, izlaznu frekvenciju može se izračunati formulom Fₐ = I_IN / C_f (gde I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ je izlazna frekvencija, u MHz; C_f je vanjska kapacitivnost oscilatora, u pF; I_IN je izlazna struja pina I_N, u μA; V_ref je izlazna napona pina REF; R_in je ulazni otpor pina IN).

Podešavanje faktora oblika: Promena napona na pinu DADJ će promeniti relativne stope nabijanja i ispraznjava kapacitiva C_f. Kada pin DADJ bude na nivou nule, faktor oblika će biti 50%. Kada napon na pinu DADJ varira u opsegu -2.3～2.3 V, faktor oblika će varirati u opsegu 85%～15%. Podešavanje faktora oblika može se izračunati formulom V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (gde V_dadj je napon na pinu DADJ).

1.2 Realizacija jednofaznog, trofaznog i dvofaznog ortogonalnog izlaza malih strujnih signala

Fazni detektor unutar MAX038 može se koristiti za izgradnju fazno-zaključanog kruga. Kada se trofazni pravougaoni talasi podnesu na PDI terminali tri MAX038-a, tri sinusne talase koje oni emituju biće trofazni AC signali. Za jednofazni signal izlaza, dva generatora sinusnih signala mogu se isključiti, a samo treći generator sinusnih signala radi.

Nema potrebe da se fazijski prilagođeni signali podnesu na PDI. Princip dvofaznog ortogonalnog signala izlaza je isti kao i za trofazni izlaz. Prvo, isključite jedan generator sinusnih signala, a zatim primijenite dva ortogonalna pravougaona talasa na PDI terminali preostalih dva generatora sinusnih signala. Dva sinusna signala koje oni emituju biće dvofazni ortogonalni AC signali. Ovaj pravougaoni eksterni sinkronizacijski signal ostvaruje se programabilnim PLD. Podijelite trofazni snaga-frekventni kvadratni valoviti signal na 6 stanja (vidi Sliku 2).

Očigledno, vremenska razlika između svakog stanja je 3.3 ms (sa periodom od 20 ms na 50 Hz). Dok god 6 izlaznih stanja traju 3.3 ms i beskonačno cikliraju u pozitivnom redosledu, može se emitirati trofazni snaga-frekventni kvadratni valoviti signal. Slično tome, obradite dvofazni ortogonalni signal i podijelite ga na 4 stanja (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Vremenska razlika između svakog stanja je 5 ms. Dok god 4 izlazna stanja traju 5 ms i beskonačno cikliraju u pozitivnom redosledu, može se emitirati dvofazni ortogonalni kvadratni valoviti signal snaga-frekventnosti.

Fazna sinkronizacijska kontrolna talasna forma MAX038 emituje signale Q₂, Q₀, Q₁ sa pinova 16#, 14# i 13# programabilnog čipa P16R6 (pogledajte podatke o P16R6) na eksterne sinkronizacijske signale PDI terminali tri MAX038-a. Postavljen je AND klinac na izlazu pina 13#, kontrolisan signalom Q₃. Uređivanjem programa kako bi Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ zadovoljili specifične uslove (Tabela 2), može se postići generisanje trofaznih i dvofaznih ortogonalnih pravougaonih eksternih sinkronizacijskih signala

1.3 Princip realizacije pojačanja snage

Jednofazni pojačavajući krug je dizajniran kao struktura Bridge-Tied Load (BTL). Dve strane opterećenja su povezane sa izlaznim terminalima dva pojačavajuća. Izlaz jednog pojačavajućeg je ogledni izlaz drugog. To znači da signali opterećeni na dve strane opterećenja imaju samo razliku faze od 180°. Napon dobijen na opterećenju je dvostruko veći od originalnog jednokrajnog izlaznog napona (vidi Sliku 3), što ispunjava zahtev da jednofazni izlaz nije manji od 100 W.

2 Otklanjanje grešaka hardvera napajanja testera
2.1 Podešavanje distorzije izlaznog talasa

Postavljanje faktora oblika: Primijenite kontrolni signal napona u rasponu od -2.3V do +2.3V na DADJ terminal MAX038-a kako biste prilagodili vreme nabijanja i ispraznjava kapacitiva C_f. Prilagodite trokutasti talas emitovan od oscilatora u rasponu od 10% - 90%, i konačno generišite distorzivne sinusne, pilasti i pulsni talase. Budući da konstantna struja od 250 μA teče u DADJ terminal, povežite otpornik R_d između ovog terminala i referentnog napajanja pina REF. Tada: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Prilagođavanjem vrednosti R_d može se prilagoditi faktor oblika trokutastih i pilastih talasa bez uticaja na sinkronizovane izlazne impulse, a R_d ne bi trebalo da bude veći od 20 kΩ.

2.2 Podešavanje frekvencije izlaznog talasa

Izlazna frekvencija MAX038-a kontrolise se oscilatornim kapacitivom C_f, IIN strujom i FADJ naponom. Sa fiksiranim C_f, fino podešavanje frekvencije postiže se kontrolom pina IIN. Za digitalnu kontrolu, DAC-ovi su povezani sa IIN i FADJ. Ovi generišu male napone, pretvorene u 0-748 μA struju (plus 2 μA od mreže) za 2-750 μA na IIN, stvarajući opseg izlazne frekvencije. DAC deli ovaj opseg na 256 koraka, omogućavajući grubo podešavanje putem IIN struje i fino podešavanje putem DAC-a.

2.3 Podešavanje napona izlaza pojačavajućeg kruga

Tri jednofazna step-up transformatora funkcionišu kao trofazni transformator za istovremeno pojačanje signala (izbegavajući značajan uticaj direktnog korišćenja trofaznog transformatora na male signale). Podešavanje napona između 200 V i 80 V ostvaruje se regulacijom transformatora.

2.4 Podešavanje napona DC radnog kruga

DC krug transformacije i stabilizacije napona pruža stabilno DC napajanje iz mrežnog napajanja od 220 V. On emituje +35 V i +5 V (ispunjavajući zahtev za preciznoscu transformatora) korišćenjem DC napajalaca modula 7805 i 7905.

3 Zaključak

• Izgrađeno napajanje ima jasan funkcionalni dizajn, ekonomičnost i visoku preciznost izlaza, puno ispunjavajući zahteve za testnim instrumentima.

• Modularni dizajn smanjuje složenost, sa međusobno povezanim ali nezavisnim krugovima. Jasan funkcionalni podjel (generisanje sinusnih talasa, fazna kontrola, pojačanje snage, DC napajanje) omogućava kontinuirane nadogradnje kako bi se ispunili korisnički zahtevi.

• Kontrolni signali Q₀-Q₃ omogućavaju kompatibilnost sa MCU i digitalnu kontrolu. Kombinirano sa modularnim dizajnom, uređaj emituje trofazne, dvofazne ortogonalne i jednofrekventne sinusne signale, plus pravougaone/trokutaste talase sa različitim fazijskim zahtevima, zadovoljavajući razne zadatke.