Design och felsökning av högprecisionstransport för signaltester med MAX038 och BTL-förstärkning
1 Strömförsörjningens hårdvarudesign
Detta enhet använder en standard liten-signalgenereringsenhet för att generera småströmsignaler med den önskade frekvensen och fasvinkeln. Därefter genereras arbetsspanningen genom förstärkningskretsen och fasmoduleringskretsen.
1.1 Nätfrekvenssinusvågsmalströmsignalgenereringsenhet
Sinusvågsgenereringskretsen består huvudsakligen av den av MAXIM Corporation i USA producerade värfformsgenereringschippen MAX038. Enligt testkraven behöver denna krets 3 chip och kan generera minst 3-kanals sinusvågssignaler. MAX038 är en högfrekvensprecisionfunktionsgenerator. Genom att bygga en enkel omgivande krets (se figur 1) och kontrollera chipens pinnar A₀ och A₁ (se tabell 1), kan sinusvågor, rektangulära vågor och triangulära vågor genereras.
Frekvensjustering: När pin FADJ är på nollnivå kan utgångsfrekvensen beräknas med formeln Fₐ = IIN / Cf (där IIN= Vref/ Rin; Fₐ är utgångsfrekvensen, i MHz; Cf är den externa kretsens kapacitans vid oscillatorn, i pF; IIN är utgångsströmmen från pin IN, i μA; Vref är utgångsspänningen från pin REF; Rin är inmatningsmotståndet för pin IN).
Tidsförhållandejustering: Spänningsändringen på pin DADJ kommer att ändra det relativa laddnings- och avladdningshastigheten för kondensatorn Cf. När pin DADJ är på nollnivå är tidsförhållandet 50%. När spänningen på pin DADJ ändras i intervallet -2.3～2.3 V, ändras tidsförhållandet i intervallet 85%～15%. Tidsförhållandejusteringen kan beräknas med formeln Vdadj =₋50%- DC×0.0575 (där Vdadj är spänningen på pin DADJ).
1.2 Realisering av enfas-, trefas- och tvåfasortogonal utgång av malströmsignaler
Fasdetektorn inuti MAX038 kan användas för att konstruera en faslåst loopkrets. När trefasrektangulära vågsignaler matas in till PDI-terminalerna på tre MAX038, kommer de tre sinusvågssignalerna som de ger ifrån sig att vara trefasväxelströmssignaler. För enfasutgång kan två sinusvågsgeneratorer stängas av, och endast den tredje sinusvågsgeneratorn fungerar.
Det behövs ingen fasjusteringssignal till PDI. Princippet för tvåfasortogonal signalutgång är samma som för trefasutgång. Först stängs en sinusvågsgenerator av, och sedan appliceras två ortogonala rektangulära vågsignaler respektive till PDI-terminalerna på de återstående två sinusvågsgeneratorerna. De två sinusvågssignalerna som de ger ifrån sig kommer att vara tvåfasortogonala växelströmssignaler. Denna rektangulära extern synkroniseringsignal implementeras av en programmerbar PLD. Dela den trefasväxelströmskvadratiska vågsignalen i 6 tillstånd (se figur 2).
Det är uppenbart att tidskillnaden mellan varje tillstånd är 3.3 ms (med en period på 20 ms vid 50 Hz). Så länge de 6 utgångstillstånden varar 3.3 ms vardera och cyklar oändligt i positiv sekvens, kan den nätfrekvensbaserade trefasväxelströmskvadratiska vågsignalen ges ifrån sig. På liknande sätt bearbetas den tvåfasortogonala signalen och delas in i 4 tillstånd (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Tidskillnaden mellan varje tillstånd är 5 ms. Så länge de 4 utgångstillstånden varar 5 ms vardera och cyklar oändligt i positiv sekvens, kan den nätfrekvensbaserade tvåfasortogonala kvadratiska vågsignalen ges ifrån sig.
Fassynkroniseringskontrollvågen från MAX038 ger ifrån sig signalerna Q₂, Q₀, Q₁ från pinnarna 16#, 14# och 13# på den programmerbara P16R6-chippen (referera till P16R6-datan) till externa synkroniseringsignalterminalerna PDI på tre MAX038. Ett OCH-gate är inställt vid utgången av pin 13#, styrd av signalen Q₃. Genom att redigera programmet så att Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ uppfyller specifika villkor (tabell 2), kan generationen av trefas- och tvåfasortogonala rektangulära externa synkroniseringsignaler nås.
1.3 Implementeringsprincip för effektförstärkning
Enfasförstärkningskretsen är designad som en Bridge-Tied Load (BTL)-struktur. De båda ändarna av belastningen är anslutna till utgångsterminalerna på två förstärkare. Utgången från en förstärkare är spegelutgången från den andra. Det vill säga, signalerna som lastas på de båda ändarna av belastningen har endast en fas skillnad på 180°. Spänningen som erhålls på belastningen är dubbelt så stor som den ursprungliga ensidiga utgångsspänningen (se figur 3), vilket uppfyller kravet att enfasutgången inte ska vara mindre än 100 W.
2 Justering av strömförsörjningens hårdvara
2.1 Formförvrängningjustering av utgångsvågform
Tidsförhållandeinställning: Använd ett spänningskontrollsignalintervall från -2.3V till +2.3V till DADJ-terminalen på MAX038 för att justera laddnings- och avladdningstiden för kondensator Cf. Justera den triangulära våg som genereras av oscillatorn inom intervallet 10% - 90%, och generera slutligen formförvrängda sinusvågor, sägearvågor och pulsvågor. Eftersom en konstant ström på 250 μA flödar in i DADJ-terminalen, ansluts en resistor Rd mellan denna terminal och referensspänningspin REF. Sedan: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Justering av värdet Rd kan justera tidsförhållandet för triangulära vågor och sägearvågor utan att påverka synkroniserade utgångspulser, och Rd bör inte vara större än 20 kΩ.
2.2 Frekvensjustering av utgångsvågform
MAX038:s utgångsfrekvens kontrolleras av oscillationskapacitansen Cf, IIN-strömmen och FADJ-spänningen. Med en fast Cf uppnås finfrekvensjustering genom att kontrollera IIN-pin. För digital kontroll kopplas DAC:er till IIN och FADJ. Dessa genererar små spänningar, konverterade till 0-748 μA ström (plus 2 μA från nätverket) för 2-750 μA vid IIN, skapar utgångsfrekvensintervallet. DAC delar detta intervall in i 256 steg, vilket möjliggör grovjustering via IIN-ström och finjustering genom DAC.
2.3 Spänningsutgångsjustering av effektförstärkningskretsen
De tre enfasstegeleversionskretsarna fungerar som en trefastransformator för samtidig signalsförstärkning (för att undvika den betydande påverkan av direkt användning av en trefastransformator på små signaler). Spänningsjusteringar mellan 200 V och 80 V uppnås genom att reglera transformatorerna.
2.4 Justering av spänning i DC-arbetskrets
En DC-spänningsovertering- och stabiliseringskrets ger stabil DC-ström från platsens 220 V AC-försörjning. Den ger ut +35 V och +5 V (som uppfyller precisionskraven för transformatorn) med hjälp av DC-strömsmoduler 7805 och 7905.
3 Slutsats
Den utformade strömförsörjningen har tydliga funktioner, kostnadseffektivitet och hög utgångsprecision, vilket fullt uppfyller kraven för testinstrument.
Modulär design minskar komplexiteten, med sammanlänkade men oberoende kretsar. Tydlig funktionsindelning (sinusvågsbildning, fasstyra, effektförstärkning, DC-försörjning) möjliggör kontinuerliga uppgraderingar för att uppfylla användarnas behov.
Kontrollsignaler Q0-Q3 möjliggör MCU-kompatibilitet och digital kontroll. Sammanlagt med modulär design ger enheten trefas-, tvåfasortogonala- och enfrekvenssinusvågssignaler, plus rektangulära/triangulära vågor med olika fasbehov, vilket uppfyller många uppgifter.
