基于D類(lèi)音頻放大器的程控交流電源的設計

關(guān)鍵技術(shù)設計
程控交流電源要求0～5V程控直流電平輸入對應AC 0～500V（有效值）輸出。通過(guò)改變D類(lèi)音頻放大器的正弦波輸入的幅度即可實(shí)現最大500V正弦波對應輸出。但是，首先需要解決0～5V程控直流電平如何轉換成D類(lèi)音頻放大器的正弦波輸入的問(wèn)題。

CD4051是8通道數字控制模擬開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A、B、C和INH輸入，相當于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼A、B、C來(lái)決定。INH是禁止端，當INH=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設有一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得在單電源供電條件下CMOS電路所提供的數字信號能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=+5V，VSS=0V，當VEE=-5V時(shí)，只要對此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5V的數字控制信號，就可控制幅度范圍為-5V～+5V的模擬信號。

圖5 PWM輸出波形

設計時(shí)，首先要考慮到如何產(chǎn)生固定幅度的正弦波基準信號以作為CD4051的模擬量輸入。產(chǎn)生正弦波基準信號的方案有多種，可由文氏振蕩器獲得良好的正弦波形，也可先由比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，再由差分放大器或采用低通濾波器的方法，實(shí)現三角波到正弦波的變換。

其次是高精度的正弦波基準信號的程控，最簡(jiǎn)單方法是使用微處理器進(jìn)行12通道的A/D轉換，用這12通道去控制CD4051的輸入端A、B、C（INH=0時(shí)），即產(chǎn)生212=4096個(gè)狀態(tài)。如圖6所示，開(kāi)關(guān)D1～D3控制模擬量低位，D4控制高位。通過(guò)合理計算R1a～R9d，0～4096個(gè)狀態(tài)對應0～5V程控直流電平輸入。需要注意的是，第4096狀態(tài)產(chǎn)生的條件是12通道都為0時(shí)而第4個(gè)CD4051的INH=1時(shí)，它輸出正弦波模擬量最大值。

圖6 正弦波基準信號的程控圖

圖7 正弦電壓輸出波形

實(shí)驗結果
采用上述主電路結構和控制方式研制了一臺0～5V直流電平輸入對應0～500V（有效值）AC輸出的程控電源樣機，固定頻率50Hz，輸出電流5mA，線(xiàn)性度≤1%，響應時(shí)間≤50ms，輸出過(guò)流保護。5V程控正弦電壓輸出波形如圖7所示，較好地滿(mǎn)足了電纜測試儀程控電源的要求。