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[導讀]主要介紹MAX504型10位串行D/A轉換器的特點、工作原理及應用。

摘要:在無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置中,要將80C196MC型單片機輸出的數字控制信號轉換成模擬電壓信號,MAX504D/A轉換器能很好地滿足這種要求。主要介紹MAX504型10位串行D/A轉換器的特點、工作原理及應用。
關鍵詞:MAX504;串行D/A轉換器;勵磁控制;應用
中圖分類號:TN409  文獻標識碼:A  文章編號:1006-6977(2006)01-0012-03

1 引言

    無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置主要應用于DF11型和DF8B型鐵路內燃干線機車的交流輔助傳動系統(tǒng)。無刷勵磁控制裝置和交流輔助發(fā)電機共為一體,對發(fā)電機的勵磁機勵磁進行控制,從而達到控制發(fā)電機勵磁的目的,通過無刷勵磁控制裝置的控制信號,使交流輔助發(fā)電機在不同工況下保證U/f比恒定。當負載突然變化時,勵磁控制裝置能迅速調節(jié)勵磁電流,使發(fā)電機輸出特性變硬,保證輔助系統(tǒng)穩(wěn)定工作。無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置的結構如圖1所示,無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置需采集發(fā)電機輸出交流電壓VaVb、Vc等模擬量,經過信號測量電路取得電壓信號和轉速信號,發(fā)電機轉速信號輸入到80C196MC型單片機,通過MAX504變換成模擬基準電壓信號,此信號即為上述電壓檢測信號與經過PI計算后輸出的控制信號,控制無刷同步發(fā)電機勵磁機的勵磁,從而控制其輸出電壓。

2 MAX504的引腳排列及功能

    MAX504是由美信(Maxim)公司生產的一種低功耗、電壓輸出型10位串行數/模轉換器。MAX504既可用+5V單電源工作,也可用±5V雙電源工作。該電路采用14引腳DIP型或SO型封裝,圖2示出它的引腳排列,表1介紹它的引腳功能。

    圖3示出MAX504的結構框圖,MAX504內部的運算放大器增益可以設置成12,還可設置成單極性或雙極性輸出電壓,MAX504利用1個帶有單電源供電的運算放大器倒轉的”R2R梯形網絡,將10位數字信號轉換為模擬電壓信號,由于電流輸出型數/模轉換器的REFIN引腳是運算放大器求和的連接點或虛地,因此用倒轉的這個術語描述該梯形網絡,然而,相對參考電壓來說,這種應用會導致輸出電壓反向,MAX504的拓撲使得輸出的極性與參考電壓輸入極性相同。上電時,內部復位電路使DAC寄存器復位為零,此外,當CLR引腳保持低電平時,使寄存器都置零,CLR引腳的工作異步并獨立于片選CS端。

3 MAX504的工作模式

3.1 單極性配置

    將BIPOFFRFB連接到VOUTMAX504可被配置成增益為10VVREFIN的單位極性輸出)的模式,此配置中,D/A轉換器可工作于單電源或雙電源供電方式,將BIPOFF連接到AGNDRFB,則可被配置成增益為20V2VREFIN的單極性輸出)的模式,在本模式中,MAX504既可以單電源工作,也可以雙電源工作。

3.2 雙極性配置

    將BIPOFF連接到REFINRFB,雙電源(±5V)供電,使MAX504成為雙極性配置。

3.3 四象限乘法器

    將BIPOFF連接至REFIN,RFB連接至VOUT,然后再用偏移二進制數字模式,電源供電,或在VSS2VVDD2V范圍內由REFIN輸入雙極性模擬信號,這樣,MAX504就可以作四象限乘法器。工作模式的3種配置具體連線圖可參考文獻[2]。

4 工作時序

    MAX504的工作時序如圖4所示,最大時鐘頻率由1/tCHtCL)決定,大約是14MHz,數據更新率受片選周期限制,其周期為16×tCHtCL)+tCSW,相當于1.14μs,或者877kHz的更新率。然而,10D/A轉換的建立時間為25μs,這樣,更新率限制為40kHz。

    MAX504使用3線串行接口,這種接口與SPITM、QSPITMCPOLCPHA0)和Microwire標準兼容,通過寫入28位字節(jié)對DAC進行編程(如圖2所示),16位串行數據按下列順序進入D/A轉換器:4位填充(啞元)位、10位數據位、2“0”4位啞元位數據通常是無用的,然而2“0”數據是需要的,這是因為要求其硬件和軟件必須與12MAX531/MAX538/MAX539兼容。SCLK為低電平時,應該出現(xiàn)CS跳變,CS為低電平時,數據在SCLK的上升沿出現(xiàn)時輸入,串行輸入數據保持在16位串行移位寄存器中。CS出現(xiàn)上升沿時,10位數據被傳輸到DAC寄存器,更新DAC。隨著CS變?yōu)楦唠娖剑瑪祿荒苓M入MAX504。MAX50416位數據塊輸入數據,SPIMicrowire接口以8位數據塊輸出數據,因此,要求在2個寫周期輸入數據至DAC,QSPI接口要求8位到16位可變的數據輸入,且以一個寫周期載入DAC。

5 MAX504的應用

    根據MAX504的工作原理及上述工作時序,采用MAX504(單極性輸出方式)增益為1的工作模式,可以設計無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置中80C196MCMAX504的硬件接口電路,出圖5所示。將MAX504DINSCLKCS分別接到80C196MCP2.5/COMPARE1、P2.6/COMPARE2P2.7/COMPARE3,無刷同步發(fā)電機轉速信號FCPU輸入80C196MC后,經過控制軟件處理,然后通過P2.5/COMPARE1將數字信號輸出至MAX504DIN,使MAX504產生所需電壓基準信號VOUT,使之與實際檢測電壓進行PI計算后產生無刷同步發(fā)電機勵磁機的勵磁控制信號,接口控制軟件如下:

 

   
6 結束語

    筆者設計的無刷同步發(fā)電機勵磁控制裝置現(xiàn)已應用于DF8B型內燃機車的交流輔助傳動系統(tǒng),運行試驗證明該控制裝置能夠滿足實際應用要求。
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