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砹柒(上海)自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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產(chǎn)品型號(hào)1527926 POG10 10
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所 在 地上海市
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更新時(shí)間:2018-05-08 16:41:49瀏覽次數(shù):438次
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砹柒(上海)自動(dòng)化設(shè)備有限公司 是集工程和貿(mào)易為一體的、擁有自主進(jìn)出口權(quán)的單位。公司 本著“科技、創(chuàng)新、誠信”的宗旨,不斷的提高自身的技術(shù)能力、服務(wù)水平和綜合實(shí)力,發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力,努力成為智能建筑行業(yè)內(nèi)廣大用戶值得信賴的產(chǎn)品供應(yīng)商、系統(tǒng)服務(wù)商和運(yùn)營維護(hù)商。我們堅(jiān)信,世界*的產(chǎn)品憑借我們的智慧,對(duì)用戶需求的理解及綠色 、 節(jié)能 、環(huán)保 的前瞻意識(shí),以及我們始終精益求精的工作態(tài)度 和*的服務(wù)團(tuán)隊(duì), 將為用戶提供 盡善盡美 的服務(wù)。 我們的口號(hào)是:*的品質(zhì)、*的服務(wù).
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砹柒(上海)自動(dòng)化設(shè)備有限公司是中國工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的服務(wù)貿(mào)易商,專業(yè)從事各種國外工控自動(dòng)化產(chǎn)品的進(jìn)口貿(mào)易。主要經(jīng)營歐洲各國的高精密編碼器、傳感器、儀器儀表、閥門、泵、電機(jī)以及各類自動(dòng)化產(chǎn)品。
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HUBNER-1277 OG9DN10UB SN:155616410
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HUBNER-1273 ROC413.3 序列號(hào):22997988
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HUBNER-1256 POG10D 0124+FSLIN=1700MIN
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HUBNER-1254 MHGP200K5PN2048C sernr.2222127
HUBNER-1253 HOGS100DN2048 ser.nr:2356020
HUBNER-1252 VDE0530,FS 90,SER.NR.13881649,
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HUBNER-1245 OG9D1024I1684531配套標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器
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HUBNER-1235 HOG 9 DN512 Ser.Nr.1490524
HUBNER-1234 HOG 220DN 1024 I 1650187
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HUBNER-1231 POG9D1024+FSL780
HUBNER-1230 POG9DN1024I+FSL 1823816
HUBNER-1229 CG 8 DN2048 CIUG=9+25V
HUBNER-1228 CG8DN2048CIUG=9+25V(1979030)
HUBNER-1227 FSL SER—x/r,199795 N=900min.
HUBNER-1226 DOG;9.D;1024LSER—X/R;1990933
HUBNER-1225 HOG;10.DH;1024L SER—X/R;19979
HUBNER-1224 HOG9D1024 15VDC
HUBNER-1223 HOG9DN10001 SN:1683771
HUBNER-1222 POG9DN1024 S/N:2270922
HUBNER-1221 OG9DN1000I 1189548
HUBNER-1220 TDP0.2-LT-4 SN:L1189549
HUBNER-1219 HOG10DN1024I-1024HUL
HUBNER-1218 2269827 HOG75 DN1024R SER-NR
HUBNER-1217 HOG60 DN 1024 R/10H7
HUBNER-1216 HOG10DN1024I 2138738
HUBNER-1215 POG10DN2500I-B3+DSL.E+AMG11P29
HUBNER-1214 OGS-72-DN 1024R-SBR-HR
HUBNER-1213 FGH4K-1200G-90G-J50/20P
HUBNER-1212 HOG 8 DN 1024 C1
HUBNER-1211 HG71DN/2F6C1 9-26V
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HUBNER-1204 Ser.- No.:1864765
HUBNER-1203 TDPO-09LT-3 NO:2097515
HUBNER-1202 EGS4K 法蘭式 帶聯(lián)軸器
HUBNER-1201 FSLT-2 法蘭式 配JMD03聯(lián)軸器
HUBNER-1200 POG9GD1024I/D100I
HUBNER-1199 HOG9D1024I
HUBNER-1198 HOG 10DN 1024I SN:2270996
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HUBNER-1196 SN:2097250 POG9GDN1024IG 30V
HUBNER-1195 ASS4K-12B,S/N 414179 編碼器
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HUBNER-1192 TYP FG4 KK1200G-90GS/N
HUBNER-1191 HOD 10D 1024 ANR
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HUBNER-1145 80米光纖線
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HUBNER-1142 LWLS-D-1
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HUBNER-1140 HEAG172ST S/N:1605343
HUBNER-1139 HOG10DN 1024I+FSL n=840r/min
HUBNER-1138 HOG10DN 1024I+FSL n=900r/min
HUBNER-1137 FGH4L 1024G-90G-50/125/20P
HUBNER-1136 AFE7CDN1024TI SN.1615840
HUBNER-1135 POG9DN 1024.1+FSL (1150 1/MIN)
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伺服驅(qū)動(dòng)器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá),屬于伺服系統(tǒng)的一部分,主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品。
伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否,對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng),特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 [1] 。
在伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)中,電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測(cè)量精度對(duì)于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測(cè)量精度與系統(tǒng)成本的平衡,一般采用增量式光電編碼器作為測(cè)速傳感器,與其對(duì)應(yīng)的常用測(cè)速方法為M/T測(cè)速法。M/T測(cè)速法雖然具有一定的測(cè)量精度和較寬的測(cè)量范圍,但這種方法有其固有的缺陷,主要包括:1)測(cè)速周期內(nèi)必須檢測(cè)到至少一個(gè)完整的碼盤脈沖,限制了zui低可測(cè)轉(zhuǎn)速;2)用于測(cè)速的2個(gè)控制系統(tǒng)定時(shí)器開關(guān)難以嚴(yán)格保持同步,在速度變化較大的測(cè)量場(chǎng)合中無法保證測(cè)速精度。因此應(yīng)用該測(cè)速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計(jì)方案難以提高伺服驅(qū)動(dòng)器速度跟隨與控制性能 [1] 。
工作原理編輯
目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心,
伺服驅(qū)動(dòng)器(圖1)
伺服驅(qū)動(dòng)器(圖1)
可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?br />隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用,伺服驅(qū)動(dòng)器使用、伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試、伺服驅(qū)動(dòng)器維修都是伺服驅(qū)動(dòng)器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題,越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。
伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否,對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng),特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。
基本要求編輯
伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求
1、調(diào)速范圍寬
伺服驅(qū)動(dòng)器(圖2)
伺服驅(qū)動(dòng)器(圖2)
2、定位精度高
3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性
4、快速響應(yīng),無超調(diào)
為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應(yīng)特性,即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快,因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí),要求加、減加速度足夠大,縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間,減小輪廓過渡誤差。
5、低速大轉(zhuǎn)矩,過載能力強(qiáng)
一般來說,伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力,在短時(shí)間內(nèi)可以過載4~6倍而不損壞。
6、可靠性高
要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好,具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。
對(duì)電機(jī)的要求
1、從zui低速到zui高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí),仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。
2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長時(shí)間的過載能力,以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4~6倍而不損壞。
3、為了滿足快速響應(yīng)的要求,電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。
4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。
測(cè)試平臺(tái)編輯
目前,伺服驅(qū)動(dòng)器的測(cè)試平臺(tái)主要有以下幾種:采用伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)互饋對(duì)拖的測(cè)試平臺(tái)、采用可調(diào)模擬負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)、采用有執(zhí)行電機(jī)而沒有負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)、采用執(zhí)行電機(jī)拖動(dòng)固有負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)和采用在線測(cè)試方法的測(cè)試平臺(tái) [2] 。
1采用伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)互饋對(duì)拖的測(cè)試平臺(tái)
這種測(cè)試系統(tǒng)由四部分組成,分別是三相PWM整流器、被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及上位機(jī),其中兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器互相連接。被測(cè)電動(dòng)機(jī)工作于電動(dòng)狀態(tài),負(fù)載電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)。被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作于速度閉環(huán)狀態(tài),用來控制整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的轉(zhuǎn)速,負(fù)載伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作于轉(zhuǎn)矩閉環(huán)狀態(tài),通過控制負(fù)載電動(dòng)機(jī)的電流來改變負(fù)載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小,模擬被測(cè)電機(jī)的負(fù)載變化,這樣互饋對(duì)拖測(cè)試平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)矩的靈活調(diào)節(jié),完成各種試驗(yàn)功能測(cè)試。上位機(jī)用于監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,根據(jù)試驗(yàn)要求向兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制指令,同時(shí)接收它們的運(yùn)行數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與顯示。 [2]
對(duì)于這種測(cè)試系統(tǒng),采用高性能的矢量控制方式對(duì)被測(cè)電動(dòng)機(jī)和負(fù)載設(shè)備分別進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩控制,即可模擬各種負(fù)載情況下伺服驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)、靜態(tài)性能,完成對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的全面而準(zhǔn)確的測(cè)試。但由于使用了兩套伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),所以這種測(cè)試系統(tǒng)體積龐大,不能滿足便攜式的要求,而且系統(tǒng)的測(cè)量和控制電路也比較復(fù)雜、成本也很高。 [2]
2采用可調(diào)模擬負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)
這種測(cè)試系統(tǒng)由三部分組成,分別是被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、可調(diào)模擬負(fù)載及上位機(jī)。可調(diào)模擬負(fù)載如磁粉制動(dòng)器、電力測(cè)功機(jī)等,它和被測(cè)電動(dòng)機(jī)同軸相連。上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡通過控制可調(diào)模擬負(fù)載來控制負(fù)載轉(zhuǎn)矩,同時(shí)采集伺服系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與顯示。對(duì)于這種測(cè)試系統(tǒng),通過對(duì)可調(diào)模擬負(fù)載進(jìn)行控制,也可模擬各種負(fù)載情況下伺服驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)、靜態(tài)性能,完成對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的全面而準(zhǔn)確的測(cè)試。但這種測(cè)試系統(tǒng)體積仍然比較大,不能滿足便攜式的要求,而且系統(tǒng)的測(cè)量和控制電路也比較復(fù)雜、成本也很高。 [2]
3采用有執(zhí)行電機(jī)而沒有負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)
這種測(cè)試系統(tǒng)由兩部分組成,分別是被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)。上位機(jī)將速度指令信號(hào)發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器,伺服驅(qū)動(dòng)器按照指令開始運(yùn)行。在運(yùn)行過程中,上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集電路采集伺服系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與顯示。由于這種測(cè)試系統(tǒng)中電機(jī)不帶負(fù)載,所以與前面兩種測(cè)試系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)體積相對(duì)減小,而且系統(tǒng)的測(cè)量和控制電路也比較簡單,但是這也使得該系統(tǒng)不能模擬伺服驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際運(yùn)行情況。通常情況下,此類測(cè)試系統(tǒng)僅用于被測(cè)系統(tǒng)在空載情況下的轉(zhuǎn)速和角位移的測(cè)試,而不能對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的測(cè)試。 [2]
4采用執(zhí)行電機(jī)拖動(dòng)固有負(fù)載的測(cè)試平臺(tái)
這種測(cè)試系統(tǒng)由三部分組成,分別是被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、系統(tǒng)固有負(fù)載及上位機(jī)。上位機(jī)將速度指令信號(hào)發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器,伺服系統(tǒng)按照指令開始運(yùn)行。在運(yùn)行過程中,上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集電路采集伺服系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與顯示。 [2]
對(duì)于這種測(cè)試系統(tǒng),負(fù)載采用被測(cè)系統(tǒng)的固有負(fù)載,因此測(cè)試過程貼近于伺服驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際工作情況,測(cè)試結(jié)果比較準(zhǔn)確。但由于有的被測(cè)系統(tǒng)的固有負(fù)載不方便從裝備上移走,因此測(cè)試過程只能在裝備上進(jìn)行,不是很方便。 [2]
5采用在線測(cè)試方法的測(cè)試平臺(tái)
這種測(cè)試系統(tǒng)只有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)字采集系統(tǒng)將伺服驅(qū)動(dòng)器在裝備中的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集和調(diào)理,然后送給數(shù)據(jù)處理單元供其進(jìn)行處理和分析,zui終由數(shù)據(jù)處理單元做出測(cè)試結(jié)論。由于采用在線測(cè)試方法,因此這種測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單,而且不用將伺服驅(qū)動(dòng)器從裝備中分離出來,使測(cè)試更加便利。此類測(cè)試系統(tǒng)*根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行測(cè)試,因此測(cè)試結(jié)論更加貼近實(shí)際情況。但是由于許多伺服驅(qū)動(dòng)器在制造和裝配方面的特點(diǎn),此類測(cè)試系統(tǒng)中的各種傳感器及信號(hào)測(cè)量元件的安裝位置很難選擇。而且裝備中的其它部分如果出現(xiàn)故障,也會(huì)給伺服驅(qū)動(dòng)器的工作狀態(tài)造成不良影響,zui終影響其測(cè)試結(jié)果。 [2]
有關(guān)參數(shù)編輯
位置比例增益
1、設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益;
2、設(shè)置值越大,增益越高,剛度越大,相同頻率指令脈沖條件下,位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào);
3、參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。
位置前饋增益
1、設(shè)定位置環(huán)的前饋增益;
2、設(shè)定值越大時(shí),表示在任何頻率的指令脈沖下,位置滯后量越小;
3、位置環(huán)的前饋增益大,控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高,但會(huì)使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生振蕩;
4、不需要很高的響應(yīng)特性時(shí),本參數(shù)通常設(shè)為0表示范圍:0~*。
速度比例增益
1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益;
2、設(shè)置值越大,增益越高,剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載值情況確定。一般情況下,負(fù)載慣量越大,設(shè)定值越大;
3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下,盡量設(shè)定較大的值。
速度積分時(shí)間常數(shù)
1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù);
2、設(shè)置值越小,積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。一般情況下,負(fù)載慣量越大,設(shè)定值越大;
3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下,盡量設(shè)定較小的值。
速度反饋濾波因子
1、設(shè)定速度反饋低通濾波器特性;
2、數(shù)值越大,截止頻率越低,電機(jī)產(chǎn)生的噪音越小。如果負(fù)載慣量很大,可以適當(dāng)減小設(shè)定值。數(shù)值太大,造成響應(yīng)變慢,可能會(huì)引起振蕩;
3、數(shù)值越小,截止頻率越高,速度反饋響應(yīng)越快。如果需要較高的速度響應(yīng),可以適當(dāng)減小設(shè)定值。
zui大輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置
1、設(shè)置伺服電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩限制值;
2、設(shè)置值是額定轉(zhuǎn)矩的百分比;
3、任何時(shí)候,這個(gè)限制都有效定位完成范圍;
4、設(shè)定位置控制方式下定位完成脈沖范圍;
5、本參數(shù)提供了位置控制方式下驅(qū)動(dòng)器判斷是否完成定位的依據(jù),當(dāng)位置偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)的剩余脈沖數(shù)小于或等于本參數(shù)設(shè)定值時(shí),驅(qū)動(dòng)器認(rèn)為定位已完成,到位開關(guān)信號(hào)為 ON,否則為OFF;
6、在位置控制方式時(shí),輸出位置定位完成信號(hào),加減速時(shí)間常數(shù);
7、設(shè)置值是表示電機(jī)從0~2000r/min的加速時(shí)間或從2000~0r/min的減速時(shí)間;
8、加減速特性是線性的到達(dá)速度范圍;
9、設(shè)置到達(dá)速度;
10、在非位置控制方式下,如果電機(jī)速度超過本設(shè)定值,則速度到達(dá)開關(guān)信號(hào)為ON,否則為OFF;
11、在位置控制方式下,不用此參數(shù);
12、與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。
應(yīng)用領(lǐng)域編輯
伺服驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于注塑機(jī)領(lǐng)域、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域等。
控制器特點(diǎn)編輯
調(diào)速比1:5000
轉(zhuǎn)數(shù)比0.3:1500
有位置控制
有零速鎖定
過載能力200[%]―300[%]
起動(dòng)力矩大
轉(zhuǎn)速不受負(fù)載影響
三閉環(huán)控制
相關(guān)區(qū)別編輯
1、伺服控制器通過自動(dòng)化接口可很方便地進(jìn)行操作模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線模塊的轉(zhuǎn)換,同時(shí)使用不同的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制模式(RS232、RS485、光纖、InterBus、ProfiBus),而通用變頻器的控制方式比較單一。
2、伺服控制器直接連接旋轉(zhuǎn)變壓器或編碼器,構(gòu)成速度、位移控制閉環(huán)。而通用變頻器只能組成開環(huán)控制系統(tǒng)。
3伺服控制器的各項(xiàng)控制指標(biāo)(如穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能等)優(yōu)于通用變頻器。
輸出選擇(OSDL)模塊是指裝在現(xiàn)場(chǎng)總線到電流轉(zhuǎn)換器Fl302中的模塊。輸出選擇塊提供從一個(gè)跟隨已給信號(hào)到三個(gè)輸出的選擇,它被用于分割范圍控制、閥序或輸出選擇。在自動(dòng)化儀表設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)中,常將一種信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種與標(biāo)準(zhǔn)量或參考量比較后的信號(hào),以便將兩類儀表聯(lián)接起來,因此,轉(zhuǎn)換器常常是兩個(gè)儀表(或裝置)間的中間環(huán)節(jié)。 [1]
避免設(shè)定值SP的劇烈變化設(shè)置了限制器((rate limiter),對(duì)SP進(jìn)行速率限制,再經(jīng)限位器(clamper)對(duì)SP進(jìn)行值限制后,進(jìn)入一個(gè)按特殊功能做的特性補(bǔ)償器(characteriza-tion)。特性補(bǔ)償后,SP與偏置值相加后分三路:*路返回SP選擇器;第二路進(jìn)入反向通路輸出參數(shù)選擇器;第三路在轉(zhuǎn)換器中將工程單位轉(zhuǎn)換為百分?jǐn)?shù),標(biāo)度參數(shù)為PVSCALE(SP%),也可通過開關(guān)(INCCLOSE)輸出反向(INVERT SPAN 100 VALUE)設(shè)定值(INVSP%),并由傳送輸出給轉(zhuǎn)換器(塊)。電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器,其特點(diǎn)是可為集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說,這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn) (POL) 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) (PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。
一般來說,這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn) (POL) 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) (PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。
尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣,模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。模塊電源具有隔離作用,抗*力強(qiáng),自帶保護(hù)功能,便于集成。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開關(guān)的大量使用,模塊電源功率密度越來越大,轉(zhuǎn)換效率越來越高,應(yīng)用也越來越簡單。
人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)的電力電子器件,邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù),兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化,并已得到用戶的認(rèn)可,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對(duì)兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述
直流斬波編輯
DC/DC變換是將可變的直流電壓變換成固定的直流電壓,也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調(diào)制方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調(diào)制(
(1)Buck電路——降壓斬波器,其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui,極性相同。
(2)Boost電路——升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于輸入電壓Ui,極性相同。
(3)Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電感傳輸。
(4)Cuk電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電容傳輸。還有Sepic、Zeta電路。
上述為非隔離型DC-DC變換器電路,隔離型DC-DC變換器有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。
當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,其zui大輸出功率有300W、600W、800W等,相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3,效率為(80~90)%。日本TDK-Lambda公司推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列,其開關(guān)頻率為(200~300)kHz,功率密度已達(dá)到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二極管),使整個(gè)電路效率提高到90%。
變換編輯
AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”,功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是*的,同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作,使得解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。
AC/DC變換按電路的接線方式可分為,半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為,單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。
開關(guān)電源的選用
開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上,由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(多級(jí)串聯(lián)),一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過,在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì),其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)(0.5~1)%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件,在選用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
電流選擇編輯
因開關(guān)電源工作效率高,一般可達(dá)到80%以上,故在其輸出電流的選擇上,應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的zui大吸收電流,以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比,通常輸出計(jì)算公式為:
Is=KIf
式中:Is—開關(guān)電源的額定輸出電流;
If—用電設(shè)備的zui大吸收電流;
K—裕量系數(shù),一般取1.5~1.8;
保護(hù)電路編輯
開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能,故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊,并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配,以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。
幾大指標(biāo)編輯
功率 P=UI,是輸出電壓和輸出電流的乘積。
輸入電壓分交流輸入和直流輸入2種。
輸出電壓一般是直流輸出,但也有交流輸出的。
工作溫度
隔離電壓:隔離就是將輸出與輸入進(jìn)行電路上的分離。有以下幾個(gè)作用:
一,電流變換;
二,為了防止輸入輸出相互干擾;
三,輸入輸出電路的信號(hào)特性相差太大,比如用弱信號(hào)控制強(qiáng)電的設(shè)備
封裝尺寸有插針,貼片的,和螺旋。
輸出有單路輸出,雙路輸出及多路輸出。電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器,其特點(diǎn)是可為集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說,這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn)(POL) 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng)(PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多, 因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、 微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。
分類編輯
按現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域,我們把電源模塊劃分如下:
綠色電源模塊
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源模塊技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,*完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源模塊。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品,綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目 前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
開關(guān)電源模塊
通信業(yè)的迅速發(fā)展*的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。當(dāng)前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源), 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),當(dāng)前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
UPS
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的zui大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司zui先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
焊機(jī)電源模塊
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為zui關(guān)鍵的問題,也是用戶zui關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了當(dāng)前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
直流電源模塊
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、科研X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,zui后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對(duì)分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展,各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的zui為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
設(shè)計(jì)方法編輯
電源的電磁干擾水平是設(shè)計(jì)中zui難的部分,設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮,尤其在布局時(shí)。由于直流到直流的轉(zhuǎn)換器很常用,所以硬件工程師或多或少都會(huì)接觸到相關(guān)的工作,本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案 [1] 。
電源設(shè)計(jì)中即使是普通的直流到直流開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)都會(huì)出現(xiàn)一系列問題,尤其在高功率電源設(shè)計(jì)中更是如此。除功能性考慮以外,工程師必須保證設(shè)計(jì)的魯棒性,以符合成本目標(biāo)要求以及熱性能和空間限制,當(dāng)然同時(shí)還要保證設(shè)計(jì)的進(jìn)度。另外,出于產(chǎn)品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮,電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過,電源的電磁干擾水平卻是設(shè)計(jì)中zui難精確預(yù)計(jì)的項(xiàng)目。有些人甚至認(rèn)為這簡直是不可能的,設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮,尤其在布局時(shí)。
盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設(shè)計(jì),但我們?cè)诖酥魂P(guān)注直流到直流的轉(zhuǎn)換器,因?yàn)樗膽?yīng)用相當(dāng)廣泛,幾乎每一位硬件工程師都會(huì)接觸到與它相關(guān)的工作,說不定什么時(shí)候就必須設(shè)計(jì)一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關(guān)的方案尺寸等。文中我們將使用一個(gè)簡單的降壓轉(zhuǎn)換器做例子,如圖1所示。
普通的降壓轉(zhuǎn)換器
普通的降壓轉(zhuǎn)換器
圖1.普通的降壓轉(zhuǎn)換器
在頻域內(nèi)測(cè)量輻射和傳導(dǎo)電磁干擾,這就是對(duì)已知波形做傅里葉級(jí)數(shù)展開,本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。在同步降壓轉(zhuǎn)換器中,引起電磁干擾的主要開關(guān)波形是由Q1和Q2產(chǎn)生的,也就是每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管在其各自導(dǎo)通周期內(nèi)從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規(guī)則的梯形,但是我們的操作自由度也就更大,因?yàn)閷?dǎo)體電流的過渡相對(duì)較慢,所以可以應(yīng)用Henry Ott經(jīng)典著作《電子系統(tǒng)中的噪聲降低技術(shù)》中的公式1。我們發(fā)現(xiàn),對(duì)于一個(gè)類似的波形,其上升和下降時(shí)間會(huì)直接影響諧波振幅或傅里葉系數(shù)(In)。
Q1和Q2的波形
Q1和Q2的波形
圖2.Q1和Q2的波形
In=2IdSin(nπd)/nπd ×Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)
其中,n是諧波級(jí)次,T是周期,I是波形的峰值電流強(qiáng)度,d是占空比,而tr是tr或tf的zui小值。
在實(shí)際應(yīng)用中,極有可能會(huì)同時(shí)遇到奇次和偶次諧波發(fā)射。如果只產(chǎn)生奇次諧波,那么波形的占空比必須精確為50%。而實(shí)際情況中極少有這樣的占空比精度。
諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測(cè)量漏源電壓VDS的上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf,或流經(jīng)Q1和Q2的電流上升率di/dt 時(shí),可以很明顯看到這一點(diǎn)。這也表示,我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。事實(shí)正是如此,延長開關(guān)時(shí)間的確對(duì)頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響。不過,此時(shí)必須在增加散熱和降低損耗間進(jìn)行折中。盡管如此,對(duì)這些參數(shù)加以控制仍是一個(gè)好方法,它有助于在電磁干擾和熱性能間取得平衡。具體可以通過增加一個(gè)小阻值電阻(通常小于5Ω)實(shí)現(xiàn),該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf,你也可以給柵極電阻串聯(lián)一個(gè) “關(guān)斷二極管”來獨(dú)立控制過渡時(shí)間tr或tf(見圖3)。這其實(shí)是一個(gè)迭代過程,甚至連經(jīng)驗(yàn)zui豐富的電源設(shè)計(jì)人員都使用這種方法。我們的zui終目標(biāo)是通過放慢晶體管的通斷速度,使電磁干擾降低至可接受的水平,同時(shí)保證其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性。
用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時(shí)間
用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時(shí)間
圖3.用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時(shí)間
開關(guān)節(jié)點(diǎn)的物理回路面積對(duì)于控制電磁干擾也非常重要。通常,出于PCB面積的考慮,設(shè)計(jì)者都希望結(jié)構(gòu)越緊湊越好,但是許多設(shè)計(jì)人員并不知道哪部分布局對(duì)電磁干擾的影響zui大。回到之前的降壓穩(wěn)壓器例子上,該例中有兩個(gè)回路節(jié)點(diǎn)(如圖4和圖5所示),它們的尺寸會(huì)直接影響到電磁干擾水平。
降壓穩(wěn)壓器模型1
降壓穩(wěn)壓器模型1
圖4.降壓穩(wěn)壓器模型1
降壓穩(wěn)壓器模型2
降壓穩(wěn)壓器模型2
圖5.降壓穩(wěn)壓器模型2
Ott關(guān)于不同模式電磁干擾水平的公式(2)示意了回路面積對(duì)電路電磁干擾水平產(chǎn)生的直接線性影響。
E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)
輻射場(chǎng)正比于下列參數(shù):涉及的諧波頻率(f,單位Hz)、回路面積(A,單位m2)、電流(I)和測(cè)量距離(r,單位m)。
此概念可以推廣到所有利用梯形波形進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的場(chǎng)合,不過本文僅討論電源設(shè)計(jì)。參考圖4中的交流模型,研究其回路電流流動(dòng)情況:起點(diǎn)為輸入電容器,然后在Q1導(dǎo)通期間流向Q1,再通過L1進(jìn)入輸出電容器,zui后返回輸入電容器中。
當(dāng)Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通時(shí),就形成了第二個(gè)回路。之后存儲(chǔ)在L1內(nèi)的能量流經(jīng)輸出電容器和Q2,如圖5所示。這些回路面積控制對(duì)于降低電磁干擾是很重要的,在PCB走線布線時(shí)就要預(yù)先考慮清器件的布局問題。當(dāng)然,回路面積能做到多小也是有實(shí)際限制的。
從公式2可以看出,減小開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積會(huì)有效降低電磁干擾水平。如果回路面積減小為原來的3倍,電磁干擾會(huì)降低9.5dB,如果減小為原來的10倍,則會(huì)降低20 dB。設(shè)計(jì)時(shí),從zui小化圖4和圖5所示的兩個(gè)回路節(jié)點(diǎn)的回路面積著手,細(xì)致考慮器件的布局問題,同時(shí)注意銅線連接問題。盡量避免同時(shí)使用PCB的兩面,因?yàn)橥讜?huì)使電感顯著增高,進(jìn)而帶來其他問題。
恰當(dāng)放置高頻輸入和輸出電容器的重要性常被忽略。若干年以前,我所在的公司曾把我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)讓給國外制造商。結(jié)果,我的工作職責(zé)也發(fā)生了很大變化,我成了一名顧問,幫助電源設(shè)計(jì)新手解決文中提到的一系列需要權(quán)衡的事宜及其他眾多問題。這里有一個(gè)含有集成鎮(zhèn)流器的離線式開關(guān)的設(shè)計(jì)例子:設(shè)計(jì)人員希望降低zui終功率級(jí)中的電磁干擾。簡單地將高頻輸出電容器移動(dòng)到更靠近輸出級(jí)的位置,其回路面積就大約只剩原來的一半,而電磁干擾就降低了約 6dB。而這位設(shè)計(jì)者顯然不太懂得其中的道理,他稱那個(gè)電容為“魔法帽子”,而事實(shí)上我們只是減小了開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積。
還有一點(diǎn)至重要的,新改進(jìn)的電路產(chǎn)生的問題可能比原先的還要嚴(yán)重。換句話說,盡管延長過渡時(shí)間可以減少電磁干擾,但其引起的熱效應(yīng)也隨之成為重要的問題。有一種控制電磁干擾的方法是用全集成電源模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流到直流轉(zhuǎn)換器。電源模塊是含有全集成功率晶體管和電感的開關(guān)穩(wěn)壓器,它和線性穩(wěn)壓器一樣可以很輕松地融入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。模塊開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積遠(yuǎn)小于相似尺寸的穩(wěn)壓器或控制器,電源模塊并不是新生事物,它的面世已經(jīng)有一段時(shí)間了,但是直到現(xiàn)在,由于一系列問題,模塊仍無法有效散熱,且一經(jīng)安裝后就無法更改。
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