對高壓電機控製係統的分析與設計
發布時間:2018-10-15 責任編輯:wenwei
【導讀】在現代機器人設計中,頭部、頸部、四肢的任何活動都需要各種各樣電機的支持,如傳統的旋轉電機、步進電機、直zhi線xian電dian機ji和he其qi它ta特te殊shu電dian機ji,但dan這zhe些xie電dian機ji的de驅qu動dong和he控kong製zhi要yao求qiu各ge有you不bu同tong,如ru何he實shi現xian各ge種zhong電dian機ji的de精jing確que控kong製zhi解jie決jue方fang案an?如ru何he以yi最zui低di的de功gong耗hao實shi現xian對dui它ta們men的de控kong製zhi?常chang常chang對dui設she計ji師shi來lai說shuo是shi一yi大da挑tiao戰zhan。本ben文wen將jiang詳xiang細xi地di討tao論lun高gao壓ya電dian機ji控kong製zhi係xi統tong的de各ge核he心xin子zi係xi統tong在zai具ju體ti實shi現xian時shi應ying注zhu意yi哪na些xie問wen題ti。
高壓交流(HVAC)電機、工gong業ye逆ni變bian器qi或huo高gao壓ya永yong磁ci無wu刷shua電dian機ji是shi高gao電dian壓ya係xi統tong的de幾ji個ge例li子zi,它ta們men典dian型xing地di按an他ta們men的de馬ma力li進jin行xing分fen類lei。雖sui然ran仍reng是shi最zui常chang見jian的de,但dan其qi他ta類lei型xing電dian機ji也ye已yi經jing出chu現xian,如ru直zhi線xian電dian機ji和he內nei嵌qian各ge種zhong激ji勵li器qi實shi現xian的de齒chi輪lun頭tou電dian機ji。數shu字zi電dian機ji控kong製zhi解jie決jue方fang案an允yun許xu精jing確que地di控kong製zhi這zhe些xie機ji械xie驅qu動dong機ji構gou的de位wei置zhi、速度和轉矩。在這類大型機械驅動機構中的MOSFET通常容量超過600V。
例如,TI有柵極驅動解決方案TPS2829,一個同相高速MOSFET驅動器。當結合反饋環路中的TLV3501比較器時,這些係統中的柵極就可以進行數字控製。另外,TI的MOSFET驅動器(如UCC37321或UCC37323)可以直接驅動小馬達或驅動功率器件,如MOSFET或IGBT。
高壓電機控製係統的主要設計考慮因素
高壓電機控製係統的核心子係統包括:控製器、隔離、控製器接口和運動反饋。
控製器:TI還提供一係列的控製處理器解決方案,從超低功耗MSP430微控製器到TMS470基於ARM7的處理器和C2000數字信號控製器(DSC)。恰當的控製器可以優化電機驅動效率,提高可靠性和降低整體係統成本。C2000控製器的32位DSP水平的性能和針對電機控製優化的片上外設使用戶可以輕鬆地實現先進的算法,如三相馬達的無傳感器矢量控製。C2000係列控製器(從低成本F28016到業界首個浮點DSC TMS320F28335)都保持軟件兼容。

隔離:TI的數字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩衝器,它們采用二氧化矽進行隔離,提供4kV的隔離能力。與隔離電源結合使用時,這些器件可以阻隔高電壓,隔離地,並防止噪聲電流進入本地地,以及幹擾或損壞敏感電路。
控製器接口:RS-232或RS-422對許多係統而言足夠用了。RS-485信令可能會捆綁一些協議,如Profibus、Interbus、Modbus或BACnet,每個針對最終用戶的特定需求。有時,控製器局域網(CAN)或EtherNet/IP(工業協議)優先用於滿足聯網要求。M-LVDS是可以提供更低功耗的一種替代選擇。
使用外部電路的運動反饋:隔離的Delta-Sigma調製器(AMC1203/AMC1210)非常適合用於分流測量,以拉平毛刺和增加電流反饋分辨率。此外,INA19x(x=3到8)和INA20x(x=1至9)為低端和高端電流分流監測提供很寬的共模電壓。
霍爾效應或磁傳感器通常在測量超過10A的電流時更有效率,而且他們可固有地提供隔離能力。ADS1204、ADS1205和ADS1208是3個推薦器件。為了將±10V(20Vpp)信號連接到采用3.3V或5V電源的ADC上,可使用一個INA159電平差異放大器。像ADS7861/ADS7864或ADS8361/ADS8364的ADC可提供4通道或6聲道的同時電流取樣。
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