陀螺電機(jī)是慣性器件陀螺儀的主要構(gòu)成部分，而陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心元件,，廣泛運(yùn)用于艦船導(dǎo)航和各種武器系統(tǒng)中,。陀螺電機(jī)的性能好壞，將直接影響陀螺儀的性能以及整個(gè)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度,，因此,，對于陀螺電機(jī)供電電源的設(shè)計(jì)顯得十分重要，其電壓,、頻率穩(wěn)定度等都直接影響電機(jī)的工作精度,。
    為了模擬實(shí)際裝備中陀螺電機(jī)升壓啟動、降壓工作的啟動方式,，以及在不同電源頻率和電壓下對陀螺電機(jī)的工作性能進(jìn)行測試分析,，本文在普通三相方波電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種陀螺電機(jī)專用數(shù)字可調(diào)式測試電源,，并通過測試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)用性及可靠性驗(yàn)證,。

1 主要技術(shù)指標(biāo)
    1)輸入電源：交流220 V±20％，50 Hz,；
    2)輸出電源：三相方波,，0～120 V可調(diào)(電壓)；1 KHz／500 Hz(頻率),；頻率穩(wěn)定度小于0．1 Hz相位差為120°±0．5°,。

2 方案設(shè)計(jì)
    圖l為三相方波電源電路原理圖。其中,，220 V／50Hz交流電為該電源提供能量,，通過AC／DC變換,，輸出最高達(dá)200V的直流電平；16位并行信號是來自于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號,，為AC／DC變換提供參考電壓,，控制輸出直流電壓大小。電路的頻率是通過溫補(bǔ)晶振產(chǎn)生3．84 MHz的信號,，將此頻率信號先后分別進(jìn)行分頻、分相,、驅(qū)動,，以控制開關(guān)功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。該電源最終輸出的信號是三相1 kHz／500 Hz,、電壓幅值在0～150 V內(nèi)線性可調(diào)的方波信號,。

3 電路設(shè)計(jì)
    1)AC／DC變換  AC／DC變換器采用FDPS開關(guān)電源。該開關(guān)電源基本工作原理及基本電路框圖如圖2所示,。

    對于圖2(a)中的單極性矩形脈沖,，其直流電壓平均值取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬,，其直流電壓平均值也越高,。其中。當(dāng)Um和T均不變時(shí),，輸出直流電壓平均值與矩形脈沖寬度成正比,。因此，通過調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小,。
    圖2(b)所示開關(guān)電源基本電路框圖就是基于此原理,，通過0～5 V直流電壓信號調(diào)整PWM波脈沖寬度的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出直流電壓的大小,。
    在該三相方波電源中,，所采用的開關(guān)電源有2個(gè)輸入，1個(gè)輸出,。一個(gè)輸入為220 V／50 Hz交流電,；另一個(gè)輸入為0～5 V的直流電壓信號，其作用是調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度,，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出直流電壓,。
    2)晶振選擇  該電源采用3．84 MHz的高精度溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示,，各技術(shù)指標(biāo)滿足該電源對頻率信號的要求,。

    3)分頻、分相電路  分頻電路采用雙4位可編程計(jì)數(shù)器MCl4569及12狀態(tài)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MCl4040的組合電路實(shí)現(xiàn),；分相電路采用環(huán)形脈沖分配器CH250B,，如圖3所示,。

    通過設(shè)定雙4位可編程計(jì)數(shù)器MCl4569的P7～PO引腳，將晶振輸出的3．84MHz頻率信號分頻20倍,，輸出192 kHz脈沖頻率信號,，該信號占空比為5％。將192 kHz脈沖頻率信號通過12狀態(tài)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MCl4040,，在Q5引腳輸出占空比為50％的6 kHz頻率信號,，在Q6引腳輸出占空比為50％的3 kHz在頻率信號。通過2選1開關(guān),，在6 kHz和3 kHz選擇一種頻率信號,，并將所選擇的信號連接至環(huán)形脈沖分配器CH250B。設(shè)置CH250B為單6拍工作方式,，在其A,、B、C3個(gè)引腳上輸出3路1 kHz或500Hz頻率信號,，該信號占空比為50％,，兩兩之間的相位差為120°。
    通過該電路輸出的三相頻率信號,，頻率穩(wěn)定性好,、抗干擾能力強(qiáng)、相位精確,，滿足電源對頻率信號的要求,。
    4)驅(qū)動電路  三相驅(qū)動電路由三極管電路和電流互感器電路2部分組成，其中一相信號的驅(qū)動電路如圖4所示,。

    由于CH250B輸出的信號的電流較小,，一般為5～1O mA，因此需要將信號的電流進(jìn)行放大,，以便驅(qū)動后續(xù)電路中的元器件,。電流互感器為電感元件，電感兩端不能含有直流成份,，否則電感會發(fā)熱,，嚴(yán)重時(shí)會損壞電感元件，因此信號需要隔直后才能加在電感兩端,，圖4中C2,、C3是兩個(gè)隔直電容。
    A點(diǎn)是環(huán)形脈沖分配器CH250B輸出的1 kHz頻率信號,，高電平約為12 V,，低電平則為0 V。經(jīng)過隔直電容C2作用,，頻率信號中的直流成份不通過C2,，因此在B點(diǎn)高電平約為6 V,，低電平約為-6 V。在C點(diǎn),，由于三極管基極與發(fā)射極之間的壓降和接地的零電平限制,，高電平約為5．3 V，低電平則為0 V,。通過,，經(jīng)過隔直電容C3的作用，在D點(diǎn),，高電平約為2．65 V,，低電平約為-2．65 V。
    電流互感器變比為1：1：1,，同名端如圖4中標(biāo)注。因此VuP與VuN的頻率相同,，但是其相位差為180°,，可分別驅(qū)動功率放大電路中的一對橋臂。
    5)開關(guān)功率放大電路  開關(guān)功率放大電路采用6個(gè)電力晶體管和6個(gè)二極管組合實(shí)現(xiàn),。通過三相驅(qū)動信號控制電力晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷,，將開關(guān)電源輸出的直流電壓逆變成三相交流方波電壓，其A相電壓,、B相電壓和C相電壓波形如圖5所示,。圖中，UA表示A相輸出電壓,，UB表示B相輸出電壓,，UC表示C相輸出電壓，UAB表示A相和B相之間的線電壓,。           

    根據(jù)上述分析,，如圖6所示，在原有模擬調(diào)壓式三相方波電源基礎(chǔ)上(圖6中右邊電源),，設(shè)計(jì)并制造了新的數(shù)字可調(diào)式電源(圖6中左邊電源),。經(jīng)測試表明，其頻率穩(wěn)定度高,、抗干擾能力強(qiáng),，電壓大小精確可調(diào)。

4 實(shí)例驗(yàn)證
    在實(shí)驗(yàn)室條件下,，利用NI-6070多功能輸入輸出卡輸出0～5 V直流電壓至該電源,，采用LabVIEW編程調(diào)壓，對于某型陀螺電機(jī),，電源開機(jī)輸出120 V啟動電壓,，待電機(jī)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速后,，由程序控制電源輸出降為80 V工作電壓，使得電機(jī)正常工作,，在運(yùn)行一段時(shí)間后斷開電源,，實(shí)驗(yàn)證明，該電源能輸出各種電壓值,，輸出精確且時(shí)間無滯后,，運(yùn)行穩(wěn)定，為陀螺電機(jī)的正常運(yùn)行和測試工作提供保障,。

5 結(jié)束語
    本文設(shè)計(jì)了一種陀螺電機(jī)數(shù)字可調(diào)式測試電源,，實(shí)現(xiàn)了電源幅值、頻率的精確數(shù)字可調(diào),，能夠適應(yīng)陀螺電機(jī)不同測試功能的需要,。具有操作性強(qiáng)、可靠性高,、方便實(shí)用的特點(diǎn),。該電源已經(jīng)成功應(yīng)用在陀螺電機(jī)聲音信號在線監(jiān)測系統(tǒng)中，實(shí)踐證明該電源運(yùn)行良好,。