输出波形可控的高精度数控电源设计
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摘 要： 针对精密仪器和精密机电系统中对任意波形电源的应用需求，设计一种输出波形可控的高精度数控电源。系统采用模块化设计，主要包括信号发生器、电压幅值调节、功率放大器、A/D转换和触摸式液晶屏显示等模块。信号发生器采用直接数字频率合成技术和积分电路，得到电压幅值固定的正弦波、方波、三角波和锯齿波等模拟信号，并通过电压幅值调节模块实现模拟信号电压幅值可调，最后经功率放大器后输出以驱动负载。实验测试结果表明：该电源可以输出频率范围为1～50 kHz， 最大峰值电压为40 V的任意波形。
关键词： 信号发生器； 直接数字频率合成器； 任意波形电源； 调幅电路； 功率放大器
中图分类号： TN710⁃34； TM919 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）14⁃0145⁃04
0 引 言
目前，频率、幅值和输出波形可控的任意波形电源在交流仪器仪表校验中作为标准源而得到广泛的应用；在测量和控制设备的研制过程中也是重要的调试设备。近年来，压电陶瓷器件作为新型位移器件，已成为微位移系统中的驱动元件，压电陶瓷器件在电场作用下应变产生位移输出，驱动相关机构产生微位移，而应变是由电源的频率、电压和波形控制的。因此，频率、幅值和输出波形可控的高精度数控电源已成为精密仪器和精密机电系统中的重要组成部分，是决定其精度的重要因素之一。
针对电源输出波形可控，且频率、电压幅值可调以及大功率的应用需求，设计了一种输出波形可控的高精度数控电源。本设计中的信号发生器模块采用直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS），配合积分电路得到电压幅值固定的正弦波、方波、三角波和锯齿波4类模拟信号，并通过电压幅值调节电路实现模拟信号电压幅值的调节。功率放大器采用D类功率放大器，效率达到90%以上，采用触摸液晶屏设置波形参数以及显示当前电源输出状态。
1 系统基本工作原理
1.1 系统总体方案设计
系统的总体设计方案如图1所示。系统工作前在触摸液晶屏上设置电源输出波形、频率以及电压幅值，确定后触摸液晶屏将电源输出参数通过串口通信传递到微处理器，微处理根据设置参数控制信号发生器并经电压幅值调节得到预设模拟信号，...
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