关于工频功率电源信号发生电路的实现

一般说来，工频功率电源是由信号产生、功率放大、输出控制三大部分组成。其中，信号发生电路是工频功率电源的核心。它是用来产生多相正弦波信号，并完成对信号的频率、相位和幅度的调节。

信号产生电路，既可以由模拟电路实现，电可以由数字电路产生。由模拟电路设计的电源称为模拟信号源，由数字电路设计的电源称为数字信号源。  

1 模拟和数字信号源的区别  

模拟信号源输出频率和相位可实现连续可调；可使输出信号有很高的稳定性。缺点是：相位及频率的时间稳定性差；调节相位时对幅度有影响；且频率及相位无法直接显示；电路调试困难，工艺结构复杂，难以实现程控。  数字信号源输出幅度、频率和相位的时间稳定性好；调节相位时对幅度没有影响；数字电路容易调试，工艺结构简单，与计算机接口方便，易实现程控。幅度、频率和相位虽不能连续调节，但足以满足实际需求，所以工频功率电源多是数字信号源。
  
2 波形的分解与量化  

要实现信号源的数字化，首先把要得到的波形进行分解和量化，然后再对分解和量化的波形进行合成。即按顺序将波形的幅值以数字信息存入存贮器，工作时，再以相同的顺序取出相应幅值，经D／A电路变换成模拟量，输出所需的各种波形，假设我们欲得到图1(a)所示的正弦波。  
如果在一个周期内，将该正弦波等分成16段，即以n°=360°/16=22.5°为间隔分成16个点。在峰-峰幅值之间共分成土100个等级，16个点的量化等级即如图1中所示；如在一个周期内，将该正弦波等分成30段，即以n°=360°／30=12°为间隔分成30个点。在峰-峰幅值之间共分成±100个等级，30个点的量化等级即如图1(b)所示。  

  

很显然，一个周期内分解的点数以及幅度的量化级越多，波形越逼真。由此产生一个完整的正弦波所需的数据量就越大。幅度量化的级数越多，设计电路时所需的D／A位数就越多，成本就越高，但D／A位数少时，输出波形不平滑，含有高次谐波，需用低通滤波器滤除，而低通滤波器会产生附加相移。  

一般是根据相位的调节细度来选择分解的点数，根据设计的等级来选择量化的级数。假如需要设计一个相位调节细度为1°，幅度调节细度为不大于0.5％的数字源。因为相位调节细度为1°，则可取360个点；8位D／A的量化等级为1／256=0.0039=0.39%另外，存贮该正弦波数据所需的存贮器容量为360×8位。  

确定了上述波形信息，就可进行波形的合成。  

3 波形的合成  

如图2所示，假定住ROM里已存贮了上述波形信息。波形计数器依次送山ROM里的地址信息0～359。在地址信号作用下，依次取出存入ROM里的各点幅伉数据，并送入D／A。在D／A中把幅值的数字信息变为相应的模拟电流，经运算放大器将电流信号变为电压信号，再通过低通滤波器滤除高次谐波，便可得到光滑的正弦波。  

  

D／A变换及运放滤波电路如图3所示。  

  

图中DAC0832是8位CMOS D／A芯片，的数字信号经两级锁存，输出的是电流信号，输出电流与输入的数字量NB的关系如式1所示  



根据图中电路接法可知  




按照式3可算出输出电压Uo与输入二进制数的关系，如表1所列。它符合偏移二进制双极性码的规律。  


  
4 数字调幅   
  
由式3可见，要改变输出正弦波的幅度，只要改变形成波型的基准电压UREF即可，而UREF是由D／A 2提供的，如图4所示。所以只要改变输入给D／A 2的数字量即可改变合成数字波形时的基准电压UREF。这样也便于实现幅度的程控调节。至于D／A 2的位数，应由输出幅度的调节细度来决定，当要求调节细度较高时，D／A2的位数应高一些，该例中调节细度为不大于0.5％，使剧DAC0832即可。   

  

5 频率合成  

当然，对于单相工频电源来说，要使频率能在一定的范围内连续可调，并且有很高的稳定度，就要用到频率合成技术。所谓频率合成技术，就是将一个基准频率fo变换成一系列的新频率fl=Nfo，并且这些新频率的稳定度要与基准频率相当。根据频率稳定度及调节细度的要求来设计出相应的变频电路；对于多相工频电源来说，还有数字移相电路，这里不再累述。  

本文所阐述的主要足信号发生电路在工频功率电源中的实现，其实该电路可实现任意的波形输出，而且通过配合相应的电路，可产生任意频率和相位可调的波形。该电路原理的实现具有广阔的应用前景。