本文介绍应用于仪器和设备测试的高精度宽频率功率信号源的设计。传统的功率信号源一般采用线性电源或模拟控制的功率开关变换电源。随着高性能DSP控制器的出现,使采用数字化控制的功率开关变换电源作为功率信号源成为可能,这有利于提高系统的集成化水平和控制功能。本文介绍的功率信号源采用工作频率为150MHz的DSP TMS320F2812控制。并且采用DC/DC和DC/AC两级联合调节实现。
1 系统的整体结构
本文介绍的功率信号源可提供输出电压从2~100V可变,频牢从20~l000Hz可变,并且可以在50Hz基频的情况下叠加基波幅值0~30%的直流分量与2~9次的各次谐波分量。输出电压幅值最小可调步长和分辨率为O.1V,输出电压频率最小可调步长和分辨率在20~100Hz时为O.1 Hz,在100~l 000Hz时,为1Hz。在额定工作条件下,在2~100V范围内,应能连续输出0.5A的电流,即最大输出50VA的功率。
为了满足系统的高精度及输出电压和频率均可变的要求,系统框图如图l所示,整个系统由AC/DC、DC/DC和DC/AC三部分组成。由于对输出功率的要求比较小,所以采用了反激式直流变换电路。DC/AC级采用全桥逆变电路。整个系统的控制是基于TT公司的DSP TMS320F2812。DC/DC环节采用INFINEON公司的ICES2AS01控制,其给定信号Vnf由DSP根据控制要求产生,从而获得可调的直流电压Vdc。CC/AC环节由DSP直接进行PWM控制,从而产生所需的功率信号波形。
当m一定时,根据该式和所要求的功率信号输出电压值可计算出DC/AC级的输入电压值,并由此给出DC/DC级输出电压的给定值。由于在基频50Hz的情况下,有时需要叠加0~30%的直流分量或者与2~9次的各次谐波,所以输出电压幅值作为参考。在不需要叠加的时候,当输出电压Vo已给定,则输出电压幅值Vom也相应给定,输入电压由公式
确定,取m=0.9,则
在叠加直流分量与谐波的时候,当输出基频的电压幅值与所叠加的直流分量或谐波的次数与幅值都给定后,则得到一个输出电压的幅值Vom,考虑功率MOSFET的通态压降等因索,输入电压给予一定的裕量,对上述公式进行一定的修正:
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