可编程三相线性电源硬件设计与实现

摘要

随着电气化高速发展，电网的电能质量问题日益制约着芯片生产制造、精密电机控制、特种材料生产加工等高端制造业的发展，频频导致用电事故。厂商已转向使用独立电源为其设备提供纯净电源。本文研究的可编程三相线性电源正是应对市场的需求而开发的大功率超安定化线性电源。其技术指标已接近国外同类高端产品的水平，不仅能作为精密设备的供电电源而且可作为测试和实验室高端电源，打破了国外在高端电源产品上对我国的长期垄断现象。
　　首先，本文经过对国内外现状和相关产品的研究，再结合项目指标要求，设计了项目总体方案并对其可行性进行了充分的论证。其中，功率放大器采用模块化设计，每相输出使用三个功放串联分档输出，充分利用主控芯片 OMAP-L138的音频接口，选用音频光纤作数据隔离传输，并配套使用音频DAC生产模拟信号和ADC对输出的反馈采样，最后通过隔离RS485作为控制总线，使系统各个模块有序稳定的工作。
　　之后，考虑到低失真高压摆率功率放大电路的设计是本项目的难点。本文先是结合各种放大器结构特点和项目指标要求，提出了全对称乙类放大器电路结构的最终方案。之后根据放大器设计方案详细分析讲解了如何从最基本的电路形式入手，逐渐改进设计出输入级、跨导级、输出级和保护级电路，并且给出了最终完整的放大器电路。最后对放大器的增益、失真、输出阻抗、压摆率和上升下降时间等几个关键指标进行了分析与仿真，并简单介绍了放大器电源的设计。
　　对输出信号进行采样反馈以构成系统闭环对设备的稳定性有重要意义。本文对要求较高的电压采样调理电路的设计进行了详细的讲解分析，并对其进行了详细的噪声分析与仿真，最后通过实际电路的测试验证了电路的性能。
　　最后，本文对制作完成的功率放大器模块和样机进了上升下降时间、输出失调电压和谐波失真等关键技术指标进行了实际测量。根据测量结果和分析可知，放大器和样机的关键技术指标满足要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究的主要内容

1.4 本章小结

第二章 可编程三相线性电源系统设计

2.1 系统概述

2.2 功率放大电路设计

2.3 模拟信号生成及其幅度控制

2.4 主控电路设计

2.5 反馈信号调理及采样电路设计

2.6 交流输出时的相位控制

2.7 本章小结

第三章 功率放大电路设计

3.1 功率放大电路设计方案概述

3.2 一种全对称低失真高压摆率的功放电路设计

3.3 功率放大电路性能分析及仿真

3.4 放大器电源设计

3.5 本章小结

第四章 反馈信号调理电路设计

4.1 调理电路设计

4.2 电压调理电路设计

4.3 电流调理电路设计

4.4电压调理电路噪声分析与仿真

4.5 电路实际测试结果与分析

4.6 本章小结

第五章 样机与实验测试结果分析

5.1压摆率与上升下降时间测试

5.2 输出失调电压测试

5.3谐波失真测试

5.4 模拟通道相位延迟的测量

5.5 输出电压精度测试

5.6 样机与模块实物图

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录1 完整功放电路图