Pagdidisenyo at Pagsisiyasat ng Mataas na Presisyong Power Supply para sa Signal Testers Gamit ang MAX038 at BTL Amplification
1 disenyo ng Hardware ng Tester Power Supply
Ang aparato na ito ay gumagamit ng pamantayan na maliit na signal generating device upang lumikha ng maliit na current signals na may kinakailangang frequency at phase angle. Pagkatapos, sa pamamagitan ng amplifying circuit at phase-modulating circuit, ang working power supply ay ginagawa.
1.1 Power Frequency Sine Wave Maliit na Current Signal Generating Device
Ang sine wave generating circuit ay pangunahing binubuo ng waveform generating chip MAX038 na ipinaglaban ng MAXIM Corporation ng Estados Unidos. Ayon sa mga test requirement, ang circuit na ito ay nangangailangan ng 3 chips at maaaring lumikha ng hindi bababa sa 3-channel sine signals. Ang MAX038 ay isang mataas na frequency precision function generator. Sa pamamagitan ng paggawa ng simple peripheral circuit (tingnan ang Figure 1) at pagkontrol ng chip pins A₀ at A₁ (tingnan ang Table 1), maaaring lumikha ng sine waves, rectangular waves, at triangular waves.
Frequency adjustment: Kapag ang pin FADJ ay nasa zero level, ang output frequency ay maaaring ikalkula gamit ang formula Fₐ = IIN / Cf(kung saan IIN= Vref/ Rin; Fₐ ang output frequency, sa MHz; Cf ang external circuit capacitance ng oscillator, sa pF; IIN ang output current ng pin IN, sa μA; Vref ang output voltage ng pin REF; Rin ang input resistance ng pin IN).
Duty cycle adjustment: Ang pagbabago ng voltage ng pin DADJ ay magbabago ng relative charging at discharging rates ng capacitor Cf. Kapag ang pin DADJ ay nasa zero level, ang duty cycle ay 50%. Kapag ang voltage ng pin DADJ ay nagbabago sa range ng -2.3～2.3 V, ang duty cycle ay nagbabago sa range ng 85%～15%. Ang duty cycle adjustment ay maaaring ikalkula gamit ang formula Vdadj =₋50%- DC×0.0575 (kung saan Vdadj ang voltage sa pin DADJ).
1.2 Pagkamit ng Single-phase, Three-phase, at Two-phase Orthogonal Output ng Maliit na Current Signals
Ang phase detector sa loob ng MAX038 ay maaaring gamitin upang makabuo ng phase-locked loop circuit. Kapag ang three-phase rectangular wave signals ay inilapat sa PDI terminals ng tatlong MAX038, ang tatlong sine wave signals na ilalabas nito ay maging three-phase AC signals. Para sa single-phase signal output, dalawang sine wave signal generators ay maaaring matigil, at tanging ang ika-tatlong sine wave generator lamang ang magtatrabaho.
Walang kailangan na ilapat ang phase adjustment signals sa PDI. Ang prinsipyo ng two-phase orthogonal signal output ay katugma sa three-phase output. Una, isara ang isang sine wave signal generator, at pagkatapos ay ilapat ang dalawang orthogonal rectangular wave signals sa PDI terminals ng natitirang dalawang sine wave signal generators. Ang dalawang sine wave signals na ilalabas nito ay maging two-phase orthogonal AC signals. Ang rectangular external synchronization signal na ito ay ipinapatupad ng programmable PLD. Hatiin ang three-phase power-frequency square wave signal sa 6 states (tingnan ang Figure 2).
Siyasatin, ang pagkakaiba-iba ng oras sa bawat state ay 3.3 ms (may period ng 20 ms sa 50 Hz). Basta ang 6 output states ay bawat isa ay tumatagal ng 3.3 ms at walang hanggang siklo sa positive sequence, ang power-frequency three-phase square wave signal ay maaaring ilabas. Parehong paraan, proseso ang two-phase orthogonal signal at hatiin ito sa 4 states (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Ang pagkakaiba-iba ng oras sa bawat state ay 5 ms. Basta ang 4 output states ay bawat isa ay tumatagal ng 5 ms at walang hanggang siklo sa positive sequence, ang power-frequency two-phase orthogonal square wave signal ay maaaring ilabas.
Ang phase synchronization control waveform ng MAX038 ay ilalabas ang mga signal Q₂, Q₀, Q₁ mula sa pins 16#, 14#, at 13# ng P16R6 programmable chip (tingnan ang P16R6 data) sa external synchronization signal PDI terminals ng tatlong MAX038s. Isinasaayos ang AND gate sa output ng pin 13#, na kontrolado ng signal Q₃. Sa pamamagitan ng pag-edit ng programa upang gawing Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ ay sumasaklaw sa tiyak na kondisyon (Table 2), ang paglikha ng three-phase at two-phase orthogonal rectangular external synchronization signals ay maaaring makamit
1.3 Implementasyon ng Prinsipyo ng Power Amplification
Ang single-phase amplification circuit ay idinisenyo bilang Bridge-Tied Load (BTL) structure. Ang dalawang dulo ng load ay nakakonekta sa output terminals ng dalawang amplifiers. Ang output ng isang amplifier ay ang mirror output ng iba. Ibig sabihin, ang signals na na-load sa dalawang dulo ng load ay may phase difference lang na 180°. Ang voltage na nakuhang sa load ay dalawang beses ang orihinal na single-ended output voltage (tingnan ang Figure 3), na sumasaklaw sa requirement na ang single-phase output ay hindi bababa sa 100 W.
2 Debugging ng Tester Power Supply Hardware
2.1 Distortion Adjustment ng Output Waveform
Duty cycle setting: Ilapat ang voltage control signal na may range mula -2.3V hanggang +2.3V sa DADJ terminal ng MAX038 upang ayusin ang charging at discharging time ng capacitor Cf. Ayusin ang triangular wave output ng oscillator sa range ng 10% - 90%, at huli ay lumikha ng distorted sine waves, sawtooth waves, at pulse waves. Dahil may constant current na 250 μA na pumapasok sa DADJ terminal, ikonekta ang resistor Rd sa pagitan ng terminal na ito at ang reference power supply pin REF. Pagkatapos: Vdadj = Vref - 0.25Rd; Ang pag-aayos ng halaga ng Rd ay maaaring ayusin ang duty cycle ng triangular waves at sawtooth waves nang hindi maapektuhan ang synchronous output pulses, at Rd hindi dapat mas malaki kaysa 20 kΩ.
2.2 Frequency Adjustment ng Output Waveform
Ang output frequency ng MAX038 ay kontrolado ng oscillation capacitor Cf, IIN current, at FADJ voltage. May fix na Cf, ang fine frequency tuning ay nakuha sa pamamagitan ng pagkontrol ng IIN pin. Para sa digital control, ang DACs ay konektado sa IIN at FADJ. Ang mga ito ay lumilikha ng maliit na voltages, na inconvert sa 0-748 μA current (plus 2 μA mula sa network) para sa 2-750 μA sa IIN, na lumilikha ng output frequency range. Ang DAC ay hinati ang range na ito sa 256 steps, na nagbibigay-daan sa coarse adjustment via IIN current at fine tuning sa pamamagitan ng DAC.
2.3 Voltage Output Adjustment ng Power Amplification Circuit
Ang tatlong single-phase step-up transformer circuits ay gumagana bilang three-phase transformer para sa kasabay na signal boosting (na iwas sa malaking epekto ng direkta na paggamit ng three-phase transformer sa maliit na signals). Ang mga adjustment ng voltage sa pagitan ng 200 V at 80 V ay nakuha sa pamamagitan ng pagregulate ng transformers.
2.4 DC Working Circuit Voltage Adjustment
Ang DC voltage transformation at stabilization circuit ay nagbibigay ng stable DC power mula sa on-site 220 V AC supply. Ito ay lumilikha ng +35 V at +5 V (sumasaklaw sa mga requirement ng transformer precision) gamit ang 7805 at 7905 DC power modules.
3 Conclusion
Ang disenyo ng power supply ay may malinaw na functional, cost-effective, at mataas na output precision, na ganap na sumasaklaw sa mga requirement ng testing instrument.
Ang modular design ay nagbabawas ng complexity, may interconnected pero independent circuits. Malinaw na functional division (sine wave generation, phase control, power amplification, DC supply) ay nagbibigay-daan sa continuous upgrades upang sumaklaw sa mga pangangailangan ng user.
Ang control signals Q0-Q3 ay nagbibigay-daan sa MCU compatibility at digital control. Kasama ang modular design, ang aparato ay lumilikha ng three-phase, two-phase orthogonal, at single-frequency sine signals, plus rectangular/triangular waves na may iba't ibang phase requirements, na sumasaklaw sa iba't ibang mga task.
