电机驱动器是用来控制各种电机,比如AC变频器,伺服电机的一种控制器。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对电机来控制,实现传动系统定位。高分辨率、精确电压电流测量在需要高性能扭矩和运动控制的工业电机驱动应用中至关重要。因为工业电机驱动器需要满足 (IEC) 61800-5-1的电气安全的需求,所以相应需要采取普通或加强型的隔离电路设计。相较于霍尔效应传感器、磁通门传感器与电流互感器, 分流电阻器加隔离运放的方案在线性度、带宽和漂移等性能更好。在电机驱动器中,通常会在功率板用隔离采样运放来对相电流,母线电流和母线电压等进行采样,如下图1:
运放的差分输出结构因具有更加好的抗干扰性而广泛存在,但是后级MCU的ADC一般为单端输入,所以常规做法是在靠近MCU内置ADC输入的位置,加上一个单端转差分的运放。那么经常会产生疑问,能不能不额外加这个运放,直接将隔离运放的差分输出的一个脚接地,另一个脚接入MCU的内置ADC呢?如果这样做,会带来什么样的问题呢?
首先,为了更直观地了解AMC1311的输出性能,AMC1311的差分输出Outp和Outn的波形能够最终靠TINA仿真电路得到供PSpice模型:
如果将Outn悬空或通过电阻接地(注意,输出脚不可以直接接地,接地电阻建议10kΩ),将Outp直接接入后级单端输入ADC里。带来的影响:
从AMC1311数据手册得知:Vcmout=1.44±50mV。若差分结构输出,Outn与Outp因为互呈镜像,两者相减得到Out,Vcmout的50mV的误差可以认为相互抵消,忽略不记。但是单端结构则不然。这个±50mV会带来原始的Vos误差。对于单端结构,当输入脚短接,Out的值理论上为1.44V,若不是, 那么要进一步的校准,校准工作一般在MCU的算法中进行。
单端输出的交流幅值是差分输出的一半,所以如果采用单端结构,那么SNR指标会变差,进而影响ADC有效位数。所以,相较于差分输出结构,单端输出结构对于运放输出范围和后级ADC输入范围的利用率仅为一半,会带来对于Vos以及SNR指标的不良影响。客户在采用这种结构时,需要仔细考虑这些不良影响。
对于提供内置差分输入ADC的MCU,比如C2000系列的TMS320F2837x同时提供16bit差分输入的ADC通道和12bit单端输入的ADC通道,可以为信号处理提供更多自由度。如果想要追求更高的精度,可以免去中间电路,直接将差分运放的输出接到对应的差分输入ADC模块,同时获得更好的精度和信噪比。如图7:
本文介绍在应用电机驱动器中,采用隔离运放的系统架构和TI明星产品。涉及了相关电路设计和外部信号调理与MCU的配合。结合后级ADC,深入讨论了隔离运放单端结构输出和差分结构输出对整体采样性能的影响,提供了相应的分析和建议。
总结来说,如果采用内置差分输入ADC的MCU,比如C2000系列的TMS320F2837x,可以免去中间电路,直接将差分运放的输出接到对应的差分输入ADC模块,同时获得更好的精度和信噪比;如果采用内置单端输入ADC的MCU,添加一颗简单运放比如TLV6001,可以在实现差分转单端的同时进行信号调理能更加完美地适配后级ADC的输入要求。如果想要省去额外调理运放,能够使用一端电阻接地,但需要仔细考虑对于采样准确度和信噪比的不良影响。关键字:引用地址:应用于电机驱动的隔离运放单端和差分输出对采样性能的影响
步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以大范围的应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制管理系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制管理系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的。步进电机通过细分驱动器的驱动,其步距角变小了,如驱动器工作在10细分状态时,其步距角只为‘电机固有步距角‘的十分之一,也就是说:‘当驱动器
在本文中,我们将解释方波驱动和正弦波驱动这两种驱动系统怎么样影响电机扭矩性能。 驱动系统和电机扭矩 与方波驱动系统相比,正弦波驱动系统的转矩波动更小,运行更平稳。 让个人会使用电机转矩产生的原理来考虑其原因。如图 2.2 所示,电机的理想驱动方法是根据弗莱明左手定则,使磁通量和线圈电流始终正交。这种驱动方法适用于所有电机类型。在直流有刷电机中,这是通过机械换向完成的。为了解释无刷电机转矩产生的原理,我们将使用一个简化的三相 2 极模型,如图 3.4 所示。 转子在北极和南极之间的中心包含一个旋转轴。在围绕转子磁体的定子中,U 相、V 相和 W 相线°。 U+、V+、W+接驱动电路,Uc、Vc、Wc接在
系统和电机转矩详解 /
步进电机在控制管理系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移,并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用,一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。本文先介绍该步进电机的工作原理,然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时,开关SB接
电路设计 /
【ROHM半导体(上海)有限公司 4月17日上海讯】电流检测用途的电阻器大多数都用在电机驱动电路、电源的过电流保护及电池的电量检测。一直以来在汽车市场、工业设施市场、电脑市场等应用广泛,尤其是在近年来的汽车市场,受电动汽车、混合动力车开发的带动,在整个市场的应用的高性能化和电子化发展迅速。 与之相伴随的是在汽车市场,“支持更高功率的小型低阻值产品”、“可抑制电路功耗的超低阻值产品”、“在严苛的温度环境下也可确保优异的电阻温度系数的高精度低阻值产品”等需求日益高涨。ROHM为满足汽车市场对低阻值产品的多样化需求,打造了丰富的低阻值系列新产品阵容。(图1) (图1)ROHM的低阻值系列新产品阵容 <汽车市场的低阻值产品的主要
制造商制造轻混电动车(MHEV)的最终目标是减少温室气体(GHG)排放。轻混电动车包含一个连接到车辆变速器系统的48V电机驱动系统。为减少温室气体排放,轻混电动车中的内燃机(ICE)会在车辆滑行时关闭,同时该48V电机系统会为48V电池充电,以便为车辆供电。在本文中,我将讨论48V电机驱动器的一种设计方法,该设计可提供大功率的电机驱动,实现功能安全并且尺寸更加小巧。 大功率电机驱动的需要注意的几点 对于汽车动力总成应用,典型的48V电机驱动系统要10kW至30kW的电功率。传统的12V电池系统不足以满足该功率水平,因此一定要采用48V架构来支持大功率电机驱动。 阅读白皮书《如何构建功能安全的小型48V、30kW轻混电动车电机
器设计 /
该电路采用NMOS场效应管作为功率输出器件, 设计并实现了较大功率的直流电机H 桥驱动电路,并对标称电压为24 伏, 额定电流为3.8A 的25D60-24A 直流电机进行闭环控制, 电路的抗干扰的能力强,在工业控制领域具有较强的适用性。许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片, 但这些芯片多数只适合小功率直流电机, 对于大功率直流电机的驱动, 其集成芯片价格昂贵。 在直流电机驱动电路的设计中,主要考虑一下几点: 1. 功能:电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动,只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,能够正常的使用由4 个功率元件组成的H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如
电路方案 /
直流有刷 电机 直流有刷电机(Brushed DC motor)具有结构相对比较简单、易于控制、成本低等特点, 在一些功能简单的应用场合,或者说在能够很好的满足必要的性能、低成本和足够的可靠性的前提下, 直流有刷电机往往是一个很好的选择。 例如便宜的 电子 玩具、各种风扇和汽车的电动座椅等。 基本的直流有刷电机在 电源 和电机之间只需要两根电缆,这样就能节约配线和连接器所需的空间, 并降低电缆和连接器的成本。 此外,还能够正常的使用 MOSFET / IGBT 开关对直流有刷电机来控制, 给电机提供足够好的性能的同时,整个 电机控制 系统也会比较便宜。 直流有刷电机转速快、扭矩小,在某些应用中可能没办法满足要求。 这种情况就需要做一些改进来降低转
设计与分析 /
电机又称马达,是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的装置,最大的作用是产生驱动转矩,作为电器或各种机械的动力源。按工作电源来分,电机包括交流(AC)电机和直流(DC)电机。其中直流电机又包括采用机械式换向的有刷直流电机和采用电子换向的无刷直流(BLDC)电机。BLDC电机又分旋转电机和步进电机,具有非常明显的节能、低噪声和优异变速性能等特性,特别适合于电冰箱、空调及洗衣机等白家电应用。随国家各项节能政策的出台,家电行业慢慢的开始广泛导入BLDC电机。要使这些BLDC电机可靠、高效地工作,设计人需要选择恰当的电机驱动或控制方案。 安森美半导体在电机驱动器设计、生产及应用方面拥有丰富经验,提供宽广范围的电机驱动及控制方案。本文将介
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