Yüksek Hassasiyetli Sinyal Test Cihazları için MAX038 ve BTL Genişletme Kullanarak Güç Kaynağının Tasarımı ve Hata Ayıklama

1 Test Güc Kaynağının Donanım Tasarımı

Bu cihaz, gerekli frekans ve faz açısıyla küçük akım sinyalleri oluşturmak için standart bir küçük sinyal üreteci kullanır. Daha sonra, bu sinyaller güçlendirme devresi ve faz modülasyon devresi aracılığıyla çalışma gücü oluşturulur.

1.1 Güç Frekansı Sinüs Dalga Küçük Akım Sinyal Üreticisi

Sinüs dalga üretme devresi, ABD'li MAXIM Corporation tarafından üretilen MAX038 dalgası üretme çipinden oluşmaktadır. Test gereksinimlerine göre, bu devre 3 adet çip gerektirir ve en az 3 kanal sinüs sinyali üretebilir. MAX038, yüksek frekansta hassas fonksiyon üretecidir. Basit bir çevre devresi kurulduğunda (Bakınız Şekil 1) ve çip pinleri A₀ ve A₁ kontrol edildiğinde (Bakınız Tablo 1), sinüzoidal, dikdörtgen ve üçgen dalgalar üretilir.

Frekans ayarı: FADJ pini sıfır seviyesinde olduğunda, çıkış frekansı şu formülle hesaplanabilir: Fₐ = I_IN / C_f (burada I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ çıkış frekansıdır, MHz olarak; C_f osilatörün dış devre kapasitesidir, pF olarak; I_IN I_N pini çıkış akımıdır, μA olarak; V_ref REF pini çıkış voltajıdır; R_in IN pini giriş direncidir).

Duty cycle ayarı: DADJ pini üzerindeki voltaj değişikliği, C_f kapasitörünün nispi şarj ve boşalma oranlarını değiştirir. DADJ pini sıfır seviyesinde olduğunda, duty cycle %50'dir. DADJ pini voltajı -2.3～2.3 V aralığında değiştiğinde, duty cycle %85～%15 aralığında değişir. Duty cycle ayarı şu formülle hesaplanabilir: V_dadj = -50% - DC × 0.0575 (burada V_dadj DADJ pini üzerindeki voltajdır).

1.2 Küçük Akım Sinyallerinin Tek Fazlı, Üç Fazlı ve İki Fazlı Ortogonal Çıkışının Gerçekleştirilmesi

MAX038 içindeki faz dedektörü, bir faz kilitli döngü devresi oluşturmak için kullanılabilir. Üç MAX038'in PDI terminallerine üç fazlı dikdörtgen dalga sinyalleri verildiğinde, onların çıkışı olan üç sinüzoidal sinyal, üç fazlı AC sinyaller olacaktır. Tek fazlı sinyal çıkışı için, iki sinüzoidal sinyal üreteci kapatılabilir ve sadece üçüncü sinüzoidal üreteç çalıştırılır.

PDI'ye faz ayar sinyalleri girmesi gerekmez. İki fazlı ortogonal sinyal çıkışı prensibi, üç fazlı çıkışı ile aynıdır. Öncelikle, bir sinüzoidal sinyal üreteci kapatılır ve ardından kalan iki sinüzoidal sinyal üretecinin PDI terminallerine iki ortogonal dikdörtgen dalga sinyali uygulanır. Onların çıkışı olan iki sinüzoidal sinyal, iki fazlı ortogonal AC sinyaller olacaktır. Bu dikdörtgen dış senkronizasyon sinyali, programlanabilir PLD ile gerçekleştirilmiştir. Üç fazlı güç frekansı kare dalga sinyali altı duruma bölünmüştür (Bakınız Şekil 2).

Her durum arasındaki zaman farkı açıkça 3.3 ms'tir (50 Hz'de periyodu 20 ms). Her altı çıkış durumu 3.3 ms boyunca sürer ve pozitif sırayla sonsuz döngüdeyken, güç frekansı üç fazlı kare dalga sinyali çıkışı sağlanabilir. Benzer şekilde, iki fazlı ortogonal sinyal işlenir ve dört duruma bölünür (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Her durum arasındaki zaman farkı 5 ms'tir. Her dört çıkış durumu 5 ms boyunca sürer ve pozitif sırayla sonsuz döngüdeyken, güç frekansı iki fazlı ortogonal kare dalga sinyali çıkışı sağlanabilir.

MAX038'in faz senkronizasyon kontrol dalgası, P16R6 programlanabilir çipin 16#, 14# ve 13# pinlerinden Q₂, Q₀, Q₁ sinyallerini üç MAX038'in dış senkronizasyon sinyal PDI terminallerine gönderir (P16R6 verilerine bakınız). 13# pinin çıktısında bir AND kapısı, Q₃ sinyaliyle kontrol edilir. Q₀, Q₁, Q₂, Q₃'nin belirli koşullara uygun hale getirilmesiyle (Tablo 2), üç fazlı ve iki fazlı ortogonal dikdörtgen dış senkronizasyon sinyallerinin oluşturulması sağlanır.

1.3 Güç Genişletmenin Uygulama Prensibi

Tek fazlı genişletme devresi, Bridge-Tied Load (BTL) yapısına tasarlanmıştır. Yükün iki ucuna iki amplifikatörün çıkış terminali bağlanır. Bir amplifikatörün çıkışı, diğer amplifikatörün aynalı çıkışıdır. Yani, yükün iki ucundaki sinyaller arasında sadece 180° faz farkı vardır. Yük üzerinde elde edilen gerilim, orijinal tek uçlu çıkış geriliminin iki katıdır (Bakınız Şekil 3), tek fazlı çıkışın 100 W'den düşük olmaması gerekliliğini karşılar.

2 Test Güc Kaynağının Donanımını Ayarlama
2.1 Çıkış Dalga Formunun Bozulmasını Ayarlama

Duty cycle ayarı: -2.3V ile +2.3V aralığındaki bir voltaj kontrol sinyali, MAX038'in DADJ terminaline uygulanarak C_f kapasitörünün şarj ve boşalma süresi ayarlanır. Oszilatörün çıkışı olan üçgen dalga, %10 - %90 aralığında ayarlanır ve sonunda bozuk sinüzoidal, testere dişi ve pulssal dalgalar üretilir. DADJ terminaline sürekli 250 μA akım aktarıldığından, bu terminal ile referans güç kaynağı pin REF arasında bir R_d direnci bağlanır. Sonra: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; R_d değeri, üçgen ve testere dişi dalgaların duty cycle'ını etkilemeden senkronize çıkış pulslarını ayarlamak için ayarlanır ve R_d 20 kΩ'dan büyük olmamalıdır.

2.2 Çıkış Dalga Formunun Frekansını Ayarlama

MAX038'in çıkış frekansı, C_f osilasyon kapasitörü, IIN akımı ve FADJ voltajı ile kontrol edilir. Sabit bir C_f ile, IIN pini ile ince frekans ayarı yapılır. Dijital kontrol için, IIN ve FADJ'ye DAC'ler bağlanır. Bunlar, küçük voltajlar oluşturur, 0-748 μA akım (ağdan 2 μA eklenerek) 2-750 μA IIN'de, çıkış frekans aralığı oluşturur. DAC, bu aralığı 256 adıma böler, IIN akımı ile genel ayar ve DAC ile ince ayar sağlar.

2.3 Güç Genişletme Devresinin Voltaj Çıkışını Ayarlama

Üç tek fazlı step-up transformatör devresi, küçük sinyallere doğrudan üç fazlı transformatör kullanımı gibi önemli bir etkiye sahip olmayan, eş zamanlı sinyal yükseltme amacıyla üç fazlı transformatör olarak işlev görür. Transformatörler aracılığıyla 200 V ile 80 V arasında voltaj ayarları yapılır.

2.4 DC Çalışma Devresi Voltajını Ayarlama

DC voltaj dönüştürme ve istikrar devresi, mevcut alandaki 220 V AC gücünden istikrarlı DC güç sağlar. 7805 ve 7905 DC güç modüllerini kullanarak +35 V ve +5 V (transformatör hassasiyet gerekliliklerini karşılayacak şekilde) çıkışı sağlar.

3 Sonuç

• Tasarlanan güç kaynağı, net işlevsellik, maliyet etkinliği ve yüksek çıkış hassasiyeti ile test ekipmanları gereksinimlerini tamamen karşılar.

• Modüler tasarım, karmaşıklığı azaltır ve birbirine bağlı ancak bağımsız devreler sunar. Net işlevsellik bölümü (sinüzoidal dalga üretimi, faz kontrolü, güç genişletme, DC güç kaynağı) kullanıcı ihtiyaçlarına uygun sürekli güncellemeler sağlar.

• Kontrol sinyalleri Q₀-Q₃, MCU uyumluluğu ve dijital kontrolü sağlar. Modüler tasarım ile birlikte, cihaz üç fazlı, iki fazlı ortogonal ve tek frekanstaki sinüzoidal sinyalleri, çeşitli faz gereksinimleri olan dikdörtgen/testere dişi dalgaları çıkarır, çeşitli görevleri karşılar.