线性伺服驱动器在超高精密运动平台上的应用越来越广泛,是因为其输出电流噪声微乎其微的特点。对于电机而言,驱动电流对应电机的驱动力,噪声水平对应电机提供给负载的驱动力的稳定水平,两者相辅相成从而影响精密运动控制系统的定位精度。
伺服驱动器分类
伺服驱动器—又被称为伺服放大器—可以根据它们使用的输出类型进行分类:
• 脉宽调制(PWM)驱动器输出-PWM伺服驱动器
• 线性放大器输出-线性伺服驱动器
在这两种类型中,PWM驱动器在一般运动控制应用中更常见,因为它们能为电机提供更高的功率,具有更高的效率,并且体积更小,成本更低。虽然它们足以满足大多数工业应用,但PWM驱动器会产生开关噪声和电磁干扰(EMI),它们还会产生微小的振动,干扰亚微米级的定位。
因此,对于需要极其平滑的运动,线性伺服驱动器则比PWM驱动器更有优势。
请注意,电磁干扰噪声会干扰驱动器附近的其他电气设备,对传感器的信号尤其有害。虽然滤波器可以滤掉噪声,但它们往往会损失传感器信号的质量。
伺服驱动器原理对比
PWM驱动器通过以非常高的开关频率(通常在100kHz范围内)导通/关闭功率管之间的电压,从而向电机提供指定数量的电压,当电压接通时,功率管被称为饱和。这种开关动作会产生脉冲,而开关频率则会控制脉冲的宽度,称为脉冲宽度调制,开关时的通断时间之比决定了提供给电机的电压和电流大小。
相反,线性驱动器的功率管总是在某种程度上处于打开状态,电流可以连续的流过功率管并进入电机,而不是被开关。这使得线性驱动器的输出与电机的需求更加匹配。在确定功率方面,比PWM驱动器更加精准,诸如电机的转矩常数,反电动势、电阻和电感等因素都在确定线性驱动器的功率方面发挥作用。
因为总有一些电压流过功率管,线性放大器经历了显著的功耗,反过来说,线性放大器的效率相对较低,通常在80%范围内,相比之下,PWM驱动器的效率通常为90%或更高。线性放大器的功耗以热量的形式消散,这意味着线性放大器需要一个大的散热器来保护功率管,这增加了尺寸和成本,并且通常限制了它们的实际应用。
尽管存在这些缺点,但无功率器件开关给线性放大器带来了非常低的可闻噪声和几乎没有EMI的好处,它们还具有更高的电流环路带宽,并且在零电流交叉处没有死区。
当电机从正向转矩(或正向转速)切换到负向转矩(或负向转速)时,即在电流波形的“过零”处,PWM驱动器不能准确的提供所需的小电流,这使得控制非常小的运动变得困难,这可能导致抖动或需要更长稳定时间;与PWM驱动器不同,线性驱动器没有死区,这使得它们能够提供更好的速度控制和稳定性能。
高电流环路带宽、低电磁干扰和平滑运动特性使线性驱动器成为超高定位应用的最佳选择,它们通常用于超精密级,以驱动半导体、医疗和光学设备中的线性电机或音圈执行器。
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