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電機控制和驅動器的高精度解決方案

電子說最新動態 ? 來源:powerelectronicsnews ? 作者:Stefano Lovati ? 2021-03-30 14:02 ? 次閱讀

介紹

電機控制驅動器在許多應用中都是基本的,因為它們允許獲得很高的精度,進而轉化為更低的成本和更高的效率。電動機控制電路執行的重要功能是確保轉子在不同的運行和負載條件下占據與繞組有關的精確位置,從而以足夠的精度確定位置。例如,如果電動機上的負載發生變化,駕駛員必須實時修改電動機控制參數。這樣,扭矩和轉速即可滿足特定應用的要求。

該解決方案的主要優點是完全采用固態技術制造,從而減少或可能消除了對機械運動調節系統(例如齒輪,皮帶輪和皮帶)的依賴,而這些運動的成本不可忽略。在需要高精度定位電機的應用中(例如機械臂,3D打印機,CNC機器等),通常采用了步進電機,該電機通常與諸如微步進之類的復雜控制算法結合使用。通過應用小數步長增量(低至(在某些特定情況下)1/32步長增量而獲得)螺旋槳,該技術可以實現出色的螺旋槳定位。這項技術不僅可以實現高精度,但它也提高了解決方案的效率,并減少了低速運行電動機的典型共振現象。在電子工業中,取放機器被廣泛使用。他們是真正的機器人,其任務是將組裝所需的SMD組件放置在PCB上。這樣的應用需要高精度(數量級是微米),還需要快速操作,以減少與SMT組件相關的成本。

高精度驅動系統

在工業應用中使用的機器人系統,例如上述的取放機器,主要使用由交流(AC供電的三相電動機。圖1圖1示出了適用于所述車輛的電子控制電路的框圖。使用二極管和調平電容器將輸入電壓轉換為直流電壓(DC)。專用微控制器在應用于三相逆變器時會生成PWM信號,并在輸出端生成三個高頻波形,并利用它們分別連接至電機繞組。注意在圖中,存在從電動機到微控制器的反饋信號。這些信號的任務是實時測量每個相吸收的電流,從而使電路能夠迅速響應負載條件的快速變化。因此,發送至三相逆變器的PWM信號經過調節,以向電機繞組提供正確的功率水平。作為微控制器的替代品,DSPFPGA解決方案更適合于實現復雜的數字濾波算法。電子設計師必須面對的最大挑戰之一是反饋電流和電壓監視電路的設計。最有效的解決方案是監視所有三個電機繞組,將獲取的模擬值轉換為盡可能接近信號源的數字形式。信號調制技術減少了對其他高頻指示器的干擾,尤其要注意PCB布局以及與時鐘信號相關的走線的位置。最有效的解決方案是監視所有三個電機繞組,將獲取的模擬值轉換為盡可能接近信號源的數字形式。信號調制技術減少了對其他高頻指示器的干擾,尤其要注意PCB布局以及與時鐘信號相關的走線的位置。最有效的解決方案是監視所有三個電機繞組,將獲取的模擬值轉換為盡可能接近信號源的數字形式。信號調制技術減少了對其他高頻指示器的干擾,尤其要注意PCB布局以及與時鐘信號相關的走線的位置。

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圖1:交流供電的三相感應電動機控制的框圖

實現類似于圖1的電路所需的電子組件包括:隔離和非隔離的開關柵極驅動器,反饋信號轉換器和用于實時控制的高速處理單元,可編程時鐘發生器,DC / DC轉換器,以及三相逆變器。

商業級解決方案

德州儀器TI)提供先進的解決方案,用于設計精確的電機控制和可靠的驅動器電子設備,包括高頻氮化鎵(GaN)柵極驅動器和模塊。TIDA-00915是一個示例,這是一款用于集成驅動器的三相1.25kW,200VAC小型GaN逆變器參考設計。如圖2所示,該參考設計是一個三相逆變器,在50°C時的額定連續功率為1.25 kW,在85°C時的額定連續功率為550 W,以驅動200V交流伺服電機。它具有600VLMG3411R150具有集成FET和柵極驅動器的GaN電源模塊安裝在1.95mm絕緣金屬基板(IMS)板上,可實現高效散熱。超小外形尺寸(80×46×37 mm),可在機器人和CNC機器的6軸電機應用中輕松集成驅動器和電機。

圖2:TI TIDA-00915參考板

Allegro Microsystems為電機控制應用提供了多種電流傳感器IC,例如ACS720,基于霍爾效應的高精度電隔離電流傳感器。該IC具有多種可編程故障等級,適用于工業和消費類應用,重點是電機控制和功率逆變器級應用。ACS720采用小型表面貼裝SOIC16封裝,集成了差分電流檢測功能,可抑制外部磁場,從而簡化了三相電機應用中的電路板布局。

Silicon Labs還提供了多種解決方案,這些解決方案也是電機控制應用的理想選擇。Si828x隔離式柵極驅動器就是一個例子,適用于驅動在各種逆變器和電機控制應用中使用的IGBT和碳化硅(SiC)器件。Si828x器件是隔離的大電流柵極驅動器,具有集成的系統安全性和反饋功能。與其他隔離式柵極驅動器技術相比,該驅動器支持高達5.0 kV RMS電壓和每個UL1577的耐壓,可實現更高的性能,減少的溫度和使用年限變化,更緊密的部件間匹配以及出色的共模抑制性能。
編輯:hfy

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