陀螺仪数字可调式测试电源方案设计

陀螺电机是惯性器件陀螺仪的主要构成部分，而陀螺仪是惯性导航系统的核心元件，广泛运用于舰船导航和各种武器系统中。陀螺电机的性能好坏，将直接影响陀螺仪的性能以及整个惯导系统的导航精度，因此，对于陀螺电机供电电源的设计显得十分重要，其电压、频率稳定度等都直接影响电机的工作精度。

为了模拟实际装备中陀螺电机升压启动、降压工作的启动方式，以及在不同电源频率和电压下对陀螺电机的工作性能进行测试分析，本文在普通三相方波电源的基础上，设计了一种陀螺电机专用数字可调式测试电源，并通过测试实验进行了实用性及可靠性验证。

1主要技术指标

1)输入电源：交流220 V±20%，50 Hz;

2)输出电源：三相方波，0～120 V可调(电压);1 KHz/500 Hz(频率);频率稳定度小于0.1 Hz相位差为120°±0.5°。

2方案设计

图l为三相方波电源电路原理图。其中，220 V/50Hz交流电为该电源提供能量，通过AC/DC变换，输出最高达200V的直流电平;16位并行信号是来自于计算机产生的控制信号，为AC/DC变换提供参考电压，控制输出直流电压大小。电路的频率是通过温补晶振产生3.84 MHz的信号，将此频率信号先后分别进行分频、分相、驱动，以控制开关功率器件的导通和关断。该电源最终输出的信号是三相1 kHz/500 Hz、电压幅值在0～150 V内线性可调的方波信号。

图1 三相方波电源电路原理图

3电路设计

1)AC/DC变换AC/DC变换器采用FDPS开关电源。该开关电源基本工作原理及基本电路框图如图2所示。

图2 开关电源基本原理及电路框图

对于图2(a)中的单极性矩形脉冲，其直流电压平均值取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流电压平均值也越高。其中

。当Um和T均不变时，输出直流电压平均值与矩形脉冲宽度成正比。因此，通过调节PWM脉冲宽度调节输出直流电压的大小。

图2(b)所示开关电源基本电路框图就是基于此原理，通过0～5 V直流电压信号调整PWM波脉冲宽度的大小，进而调节开关电源输出直流电压的大小。

在该三相方波电源中，所采用的开关电源有2个输入，1个输出。一个输入为220 V/50 Hz交流电;另一个输入为0～5 V的直流电压信号，其作用是调节PWM脉冲宽度，从而进一步调节开关电源的输出直流电压。

2)晶振选择该电源采用3.84 MHz的高精度温度补偿石英晶体振荡器，其技术指标如表1所示，各技术指标满足该电源对频率信号的要求。

3)分频、分相电路分频电路采用双4位可编程计数器MCl4569及12状态二进制计数器MCl4040的组合电路实现;分相电路采用环形脉冲分配器CH250B，如图3所示。

图3 分频分相电路图

通过设定双4位可编程计数器MCl4569的P7～PO引脚，将晶振输出的3.84MHz频率信号分频20倍，输出192 kHz脉冲频率信号，该信号占空比为5%.将192 kHz脉冲频率信号通过12状态二进制计数器MCl4040，在Q5引脚输出占空比为50%的6 kHz频率信号，在Q6引脚输出占空比为50%的3 kHz在频率信号。通过2选1开关，在6 kHz和3 kHz选择一种频率信号，并将所选择的信号连接至环形脉冲分配器CH250B.设置CH250B为单6拍工作方式，在其A、B、C3个引脚上输出3路1 kHz或500Hz频率信号，该信号占空比为50%，两两之间的相位差为120°。通过该电路输出的三相频率信号，频率稳定性好、抗干扰能力强、相位精确，满足电源对频率信号的要求。

4)驱动电路三相驱动电路由三极管电路和电流互感器电路2部分组成，其中一相信号的驱动电路如图4所示。

图4 驱动电路图