一般说来,功率是由信号产生、功率放大、输出控制三大部分组成。其中,信号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%<0.5%。即一个完整周期的正弦波分为360个点,每点的幅值用8位二进制数表示,并且采用偏移二进制数双极性码。所谓偏移二进制双极性码,就是将自然二进制码对应的模拟量平移后得到的,它将模拟量的零值移至与数字量80H相对应。这样,当Sin90°=1时,量化值为FFH;sin180°=0时,量化值为80H;sin270°=-1时,量化值为00H。
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