為保證系統(tǒng)輸出電壓的超高穩(wěn)定度，直流母線電壓必須非常穩(wěn)定。因此首先采用開關穩(wěn)壓器將輸入的交流進行粗穩(wěn)（即相當于開關電源），然后用串聯型直流穩(wěn)壓器進行精密穩(wěn)壓。只有這樣才能滿足系統(tǒng)性能要求。

4硬件設計

4.1開關穩(wěn)壓和串聯穩(wěn)壓電路

通常的直流串聯型穩(wěn)壓電路,其調整管工作在線性區(qū),在一定負載電流下,當輸出電壓最高、輸入電壓最低時，管耗最??；當輸出電壓最低、輸入電壓最高時，管耗最大。如果系統(tǒng)設計為多種陀螺電機都能使用，則電壓變化范圍大，調整管壓差以及功耗往往會大到無法接受。但本機不允許機內功耗過大和機箱內溫度變化過大。如果僅采用開關穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓,則會造成輸出有高頻紋波的干擾，這使得僅用單一的穩(wěn)壓電路是無法實現要求的。

為此我們設計了一種獨特的穩(wěn)壓電路,先用由TL494控制的開關穩(wěn)壓器進行預穩(wěn)壓,再由后續(xù)的直流穩(wěn)壓器將輸出電壓穩(wěn)定到規(guī)定的數值,裝在儀器面板上的多圈精密電位器可將輸出電壓設定到所需的數值,此電位器同時控制了直流穩(wěn)壓器的輸出電壓及開關穩(wěn)壓器的輸出電壓,并從電路上保證了前一點電壓始終跟蹤后一點電壓，壓差穩(wěn)定且很小,所以直流穩(wěn)壓器在任何情況下都能保證調整管功耗不大。

TL494是一種很成熟的PWM控制芯片，內有兩路誤差放大器。通常使用時一路用于電壓反饋，一路用于電流反饋，控制輸出脈沖的占空比。在這里兩路都用于電壓反饋控制，只是一個從串聯穩(wěn)壓器輸出取作為基準，另一個從開關穩(wěn)壓器輸出取，用來跟蹤基準的變化。這樣，不論設定如何變化，TL494都會調整輸出占空比，達到開關穩(wěn)壓器輸出跟蹤上串聯穩(wěn)壓器的輸出變化。

串聯穩(wěn)壓電路為完成系統(tǒng)的要求，必須有高穩(wěn)定度的電壓基準。我們采用了LM399H（6.95V的電壓基準）,其溫度系數為2ppm/℃。電源的穩(wěn)定度除取決于LM399外,其關鍵在取樣電阻分壓器的穩(wěn)定度。為保證其分壓比不隨環(huán)境溫度而變,同樣選用了高穩(wěn)定度電阻,電路中的24k電阻實際是由同樣的3.9k的電阻6只串聯而成,10k電位器也是精密多圈線繞電位器,這樣所有電阻功耗相等,溫升也相等,而且其本身溫度系數很小,只有±5ppm，所以其分壓比固定不變,于是直流穩(wěn)壓器的輸出電壓不會變化,實測穩(wěn)定度優(yōu)于1×10－4,完全滿足要求。

圖2逆變電路

4.2逆變電路

逆變電路結構如圖2所示：

逆變橋的三個橋臂驅動信號必須保證上下相互讓開一定的時間，即死區(qū)時間。如果能在8031產生波形同時形成死區(qū)時間是最為理想，但這很難實現。為此我們采用硬件實現，見圖3。每一路波形信號經延時、整形，其導通時間會縮短，就得到了死區(qū)時間T，這里T=100kΩ×15pF=1.5μs，實驗證明這一方法簡單有效。

圖3死區(qū)時間形成電路

驅動電路采用美國IR公司的集成驅動芯片IR2110三片，電路簡單可靠，輸出驅動能力強，且具有過流保護功能。2110內部有電流比較器，當電流取樣值超過設定值時，比較器輸出翻轉，將驅動信號鎖死，逆變器沒有輸出，保護了電路免受破壞。

逆變器選用6只IRF540功率場效應管，IRF540內阻低、熱阻小，很適合輸出級使用。例如當輸出電流0.2A時，其管壓降只有15.4mV，功耗3mW，幾乎可以忽略不計。

4.3單片機系統(tǒng)

圖4 過流保護電路框圖

單片機系統(tǒng)分兩部分,每一部分用一片8031控制：8031A只是用來產生SPWM波形，8031B完成鍵盤、顯示、測功和計算、打印的功能。結構如圖4。

系統(tǒng)要求輸出的頻率穩(wěn)定性很高，因此單片機8031A專門用來發(fā)波形。波形是先離線計算好，每一種頻率對應一組數據，包括輸出電平為高為低以及脈沖的時間寬度，全存在存儲器中。當收到8031B的起動命令和輸出頻率后，從存儲器取出輸出值送到IO口。同時，打開定時器，到設定時間后送新數。因此，電源輸出頻率的穩(wěn)定度基本是由單片機的晶體振蕩器穩(wěn)定度決定的，而晶振的頻率定度遠遠高過系統(tǒng)要求。

8031B掃描鍵盤，得到輸入命令后，與8031A通信。在起動之后，實時檢測母線電壓和電流，實時計算，顯示功率及其變化量，記錄以備打印輸出。這里主要是要求系統(tǒng)測出功率變化量，以此反映陀螺電機內部狀態(tài)的變化量，所以對功率絕對值并無很高要求。取直流母線的電壓和電流相乘計算功率。這個值基本與實際值相等，且省去了測功率因數。電流和電壓經高精度模擬開關MAX301送入ICL7135進行A/D轉換，ICL7135是4位半雙積分A/D轉換器。單片機從7135取出轉換結果，進行乘法計算，得出結果。

5結束語

本文重點介紹了電源硬件，對軟件未作敘述。綜上所述，本系統(tǒng)有諸多特色，如雙單片機，正弦脈寬調制，帶開關穩(wěn)壓器的高精度直流可調電源等等。經長期使用，未出現任何問題，可靠性很高，因此本電源對精密陀螺的研制開發(fā)具有重大的意義。