ZHCAED2 August 2024 ADS9224R
引言
伺服驅(qū)動器為伺服電機(jī)供電，以保持伺服驅(qū)動器控制器設(shè)置的速度和扭矩。使用三相交流電壓為伺服電機(jī)供電，該電壓可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?？刂破鞲嬖V伺服驅(qū)動器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，以及電機(jī)可以朝哪個方向轉(zhuǎn)動。電機(jī)上有一個編碼器，它可檢測電機(jī)的實(shí)際速度和位置并將其反饋給伺服驅(qū)動器，而伺服驅(qū)動器現(xiàn)在可以連續(xù)地調(diào)整速度和位置數(shù)據(jù)。伺服驅(qū)動器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的用例包括：
- 測量電流傳感器的輸出
- 來自 PLC 或運(yùn)動控制器的模擬控制輸入
- 從增量正弦/余弦編碼器插值正弦/余弦信號
圖 1 伺服驅(qū)動器方框圖測量電流傳感器的輸出
在伺服驅(qū)動器內(nèi)部，有一個內(nèi)部三相逆變器，它從電源接收直流電壓，并通過脈寬調(diào)制器 (PWM) 轉(zhuǎn)換為交流電壓。PWM 的占空比可控制施加到電機(jī)上的電流/扭矩。當(dāng)占空比接近 0% 時，電流/扭矩處于最小值。當(dāng)占空比接近 100% 時，電流/扭矩處于最大值。PWM 不斷改變占空比，以產(chǎn)生正弦交流信號。該交流信號為電機(jī)供電并使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。處理器使用電流測量來更新 PWM 占空比。電流傳感器與 ADC 配對以測量電流，并將模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，然后發(fā)送到處理器，如圖 2 中所示。
有許多不同類型的電流傳感器，例如 LEM 電流傳感器、VAC 電流傳感器、霍爾效應(yīng)電流傳感器、電流檢測放大器等，例如 TI 提供的 TMCS1123、AMC1300 和 INA241A。這些電流傳感器的輸出是模擬輸出，需要通過 ADC 進(jìn)行數(shù)字化才能使處理器進(jìn)行讀取。電流傳感器具有多種輸出類型，包括差分、偽差分和單端。這些輸出類型需要模擬電路將其轉(zhuǎn)換為單端信號，因此更容易使用具有偽差分/差分輸入的 ADC。ADS8350、ADS7850、ADS7250 和 ADS704x/ADS705x 系列可為多種具有差分和偽差分輸入的器件提供支持。ADC 的輸入范圍也很重要，它可以與電流傳感器的輸出范圍相匹配。一些傳感器（例如 LEM 傳感器）的輸出可能為 -10V 至 10V。ADS8681 具有集成式 PGA，因此 ADS8681 可以直接獲取此電壓，無需外部組件。表 1 進(jìn)一步詳細(xì)介紹了一些涵蓋多個輸入范圍和電壓的 ADC。
圖 2 測量電流傳感器的輸出模擬 I/O
PLC 或運(yùn)動控制器等控制器可使用模擬或數(shù)字輸出與伺服驅(qū)動器通信。模擬控制常用于傳統(tǒng)系統(tǒng)和低成本系統(tǒng)。該控制器通常可以具有 ±10V 的輸出。這些模擬輸入需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字，以供伺服驅(qū)動器上的處理器進(jìn)行讀取，這正是 ADC 的用武之地。ADC 需要具有較寬的輸入電壓范圍，以確保 ADC 可以讀取 PLC 的輸出。圖 3 展示了一個如何以電路形式使用 ADC 的示例，表 2 中列出的所有器件都具有 ±10V 輸入范圍。
圖 3 模擬 I/O伺服驅(qū)動器位置反饋
電機(jī)的編碼器用于檢測電機(jī)的實(shí)際速度和位置。編碼器將該信息讀取為電壓信號，然后將它們發(fā)送回伺服驅(qū)動器，以控制電機(jī)的速度或位置。編碼器輸出的模擬信號是 1VPP 正弦/余弦信號，因此 2 通道放大器加上 2 通道 ADC 可以是一個很好的設(shè)計，如圖 4 所示。該處理器使用 ADC 的數(shù)字輸出來確定電機(jī)的速度和位置，因此 ADC 上的分辨率是基本的規(guī)格。典型編碼器的帶寬為 500kHz；在電機(jī)速度較快的應(yīng)用中，來自編碼器的正弦或余弦信號的帶寬可以更高。更高的 ADC 采樣率很重要，因?yàn)?ADC 可用于通過求平均值來提高噪聲性能。對于每個因子 2，均值計算可將信噪比 (SNR) 提高約 3dB。在表 3 中，有符合編碼器反饋信號鏈所要求規(guī)格的放大器和 ADC 對。
圖 4 伺服驅(qū)動器位置反饋結(jié)語
伺服驅(qū)動器在許多不同的用例中都需要 ADC。ADC 可用于測量電力線上的電流傳感器輸出，將 PLC 的模擬輸出數(shù)字化并將編碼器接收到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。TI 擁有用于進(jìn)行這些測量的強(qiáng)大器件系列。下面是有關(guān)伺服驅(qū)動器的詳細(xì)信息的文章。
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