Проектування та налагодження високоточного живлення для сигналізаторів за допомогою MAX038 та BTL підсилювання

1 Конструкція живлення тестера

Цей пристрій використовує стандартний генератор малих сигналів для створення сигналів з необхідною частотою та фазовим кутом. Потім, через підсилювальний контур та контур модуляції фази, створюється робоче живлення.

1.1 Генератор малострумових синусоїдних сигналів мережевої частоти

Синусоїдний генератор складається переважно з чипу формування сигналів MAX038, виробленого американською компанією MAXIM. Відповідно до вимог тестування, цьому контуру потрібні 3 чипи, і він може генерувати принаймні 3-канальні синусоїдні сигнали. MAX038 — це високочастотний точний функціональний генератор. Завдяки створенню простого периферійного контуру (див. Рисунок 1) та контролю шпилек A₀ та A₁ (див. Таблицю 1), можна генерувати синусоїди, прямокутні та трикутні сигнали.

Регулювання частоти: Коли пін FADJ знаходиться на нульовому рівні, вихідну частоту можна обчислити за формулою Fₐ = I_IN / C_f (де I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ — вихідна частота, у МГц; C_f — зовнішня ємність коливального контуру, у пФ; I_IN — вихідний струм піна I_N, у мкА; V_ref — вихідне напруга піна REF; R_in — вхідний опір піна IN).

Регулювання співвідношення часів: Зміна напруги на пін DADJ змінює відносні швидкості зарядження та розрядження конденсатора C_f. Коли пін DADJ знаходиться на нульовому рівні, співвідношення часів становить 50%. Коли напруга на пін DADJ змінюється в діапазоні -2.3~2.3 В, співвідношення часів змінюється в діапазоні 85%~15%. Регулювання співвідношення часів можна обчислити за формулою V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (де V_dadj — напруга на пін DADJ).

1.2 Реалізація однофазового, трифазового та двофазового ортогонального виводу малострумових сигналів

Внутрішній детектор фази MAX038 можна використовувати для побудови фазозамкненого контуру. Коли на термінали PDI трьох MAX038 подаються трифазові прямокутні сигнали, три синусоїдні сигнали, які вони виводять, будуть трифазовими альтернативними сигналами. Для однофазового виводу сигналів два генератори синусоїдних сигналів можна вимкнути, і працюватиме лише третій генератор синусоїд.

Немає потреби подавати сигнали регулювання фази на PDI. Принцип виводу двофазових ортогональних сигналів збігається з принципом трифазового виводу. Спочатку вимикається один генератор синусоїдних сигналів, а потім на термінали PDI двох залишилися генераторів синусоїдних сигналів по черзі подаються два ортогональні прямокутні сигнали. Два синусоїдні сигнали, які вони виводять, будуть двофазовими ортогональними альтернативними сигналами. Цей прямокутний зовнішній синхронізаційний сигнал реалізується програмованим PLD. Трифазовий мережевий прямокутний сигнал частоти поділяється на 6 станів (див. Рисунок 2).

Очевидно, що різниця часу між кожним станом становить 3.3 мс (з періодом 20 мс при 50 Гц). Якщо кожен з 6 вихідних станів триває 3.3 мс і циклічно повторюється в порядку прямої послідовності, можна вивести трифазовий прямокутний сигнал мережевої частоти. Аналогічно, обробляється двофазовий ортогональний сигнал, який поділяється на 4 стану (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Різниця часу між кожним станом становить 5 мс. Якщо кожен з 4 вихідних станів триває 5 мс і циклічно повторюється в порядку прямої послідовності, можна вивести двофазовий ортогональний прямокутний сигнал мережевої частоти.

Форма фазової синхронізації виводу MAX038 подає сигнали Q₂, Q₀, Q₁ з пінів 16#, 14# та 13# програмованого чипу P16R6 (див. Дані P16R6) на зовнішні синхронізаційні сигнали PDI трьох MAX038. На виході піна 13# встановлено логічну суму, керовану сигналом Q₃. За допомогою редагування програми, щоб Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ відповідали певним умовам (Таблиця 2), можна досягти генерації трифазових та двофазових ортогональних прямокутних зовнішніх синхронізаційних сигналів.

1.3 Принцип реалізації підсилення

Однофазовий підсилювальний контур розроблений як структура Bridge-Tied Load (BTL). Дві кінці завантаження підключені до вихідних терміналів двох підсилювачів. Вихід одного підсилювача є зеркальним вихідним іншим. Тобто, сигнали, завантажені на двох кінцях завантаження, мають лише фазовий різницю 180°. Напруга, отримана на завантаженні, удвічі більша від початкової однокінцевої вихідної напруги (див. Рисунок 3), що задовольняє вимогу, що однофазовий вихід не менший за 100 Вт.

2 Налаштування апаратної частини живлення тестера
2.1 Налаштування спотворення вихідної форми сигналу

Налаштування співвідношення часів: Подайте напругу керувального сигналу від -2.3В до +2.3В на пін DADJ MAX038, щоб налаштувати час зарядження та розрядження конденсатора C_f. Налаштуйте трикутну хвилю, виведену осцилятором, в діапазоні 10% - 90%, і, нарешті, створіть спотворені синусоїди, пилообразні та імпульсні сигнали. Оскільки сталій струм 250 мкА протікає через пін DADJ, підключіть резистор R_d між цим піном і піном референсного живлення REF. Тоді: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Налаштування значення R_d дозволяє налаштувати співвідношення часів трикутних та пилообразних хвиль, не впливаючи на синхронні виведені імпульси, і R_d не повинен перевищувати 20 кОм.

2.2 Налаштування частоти вихідної форми сигналу

Частота виведення MAX038 контролюється коливальним конденсатором C_f, струмом IIN та напругою FADJ. При фіксованому C_f, точне налаштування частоти здійснюється за допомогою керування піном IIN. Для цифрового керування до IIN та FADJ підключаються DAC. Вони генерують невеликі напруги, які перетворюються на струм 0-748 мкА (плюс 2 мкА від мережі) для 2-750 мкА на IIN, створюючи діапазон виведеної частоти. DAC розділяє цей діапазон на 256 кроків, що дозволяє грубе налаштування за допомогою струму IIN та точне налаштування за допомогою DAC.

2.3 Налаштування виведення напруги підсилювального контуру

Три однофазові контури підвищення напруги функціонують як трифазний трансформатор для одночасного підвищення сигналів (щоб уникнути значного впливу безпосереднього використання трифазного трансформатора на малі сигнали). Налаштування напруги від 200 В до 80 В здійснюється за допомогою регулювання трансформаторів.

2.4 Налаштування напруги робочого DC-контуру

Контур перетворення та стабілізації DC-напруги забезпечує стабільне DC-живлення з наявного 220 В AC-живлення. Він виводить +35 В та +5 В (відповідно до вимог точності трансформатора) за допомогою DC-модулів живлення 7805 та 7905.

3 Висновки

• Розроблене живлення має чіткі функції, економічність та високу точність виведення, повністю задовольняючи вимоги до вимірювального приладу.

• Модульний дизайн зменшує складність, з'єднуючи, але незалежні контури. Чітке функціональне розподілення (генерація синусоїд, керування фазою, підсилення, DC-живлення) дозволяє постійні оновлення для задоволення потреб користувачів.

• Керуючі сигнали Q₀-Q₃ дозволяють сумісність з MCU та цифрове керування. Разом з модульним дизайном, пристрій виводить трифазові, двофазові ортогональні та одночастотні синусоїдні сигнали, а також прямокутні/трикутні сигнали з різними фазовими вимогами, задовольняючи різні задачі.