導讀：在諸多工業(yè)儀器設備中，都需要用到步進(jìn)電機。實(shí)際應用中，需要檢測步進(jìn)電機驅動(dòng)系統中的運動(dòng)，然后在開(kāi)發(fā)的基于伺服電機的系統中啟動(dòng)運動(dòng)。因為這兩個(gè)系統都是模擬人類(lèi)的呼吸運動(dòng)，所以10毫秒的響應時(shí)間就足夠了。
本文介紹了電機運動(dòng)檢測的限制，并介紹了一種獨特的設計-電感耦合觸發(fā)電路，可以通過(guò)選擇合適的磁芯材料來(lái)滿(mǎn)足各種帶寬要求。
在諸多工業(yè)儀器設備中，都需要用到步進(jìn)電機。實(shí)際應用中，需要檢測步進(jìn)電機驅動(dòng)系統中的運動(dòng)，然后在開(kāi)發(fā)的基于伺服電機的系統中啟動(dòng)運動(dòng)。因為這兩個(gè)系統都是模擬人類(lèi)的呼吸運動(dòng)，所以10毫秒的響應時(shí)間就足夠了。使用光耦合方式連接進(jìn)ParkerE therCAT電機驅動(dòng)器可以完成伺服電機系統的控制。在最初的運動(dòng)檢測完成之后，可以采用手動(dòng)方式復位運動(dòng)檢測器件。
幾種方案被研究過(guò)。曾考慮用電平觸發(fā)器，但是將連線(xiàn)或驅動(dòng)電纜接入步進(jìn)電機的方式對有些用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不可接受的。軟件觸發(fā)在步進(jìn)電機系統中也是不可用的。
鑒于可重復性方面的考慮以及避免機械復雜性的愿望，電機驅動(dòng)的電子檢測要優(yōu)于光學(xué)或磁運動(dòng)檢測。在認識到帶分離式鐵芯的廉價(jià)電流檢測互感器的特性后，我們選擇了基于電感耦合的非侵入式觸發(fā)檢測方式來(lái)推進(jìn)非侵入式方案的實(shí)施。NidecC-CT-6具有5kHz的高頻截止頻率和1:3000的匝數比，應該能夠勝任這項任務(wù)。
用于檢測步進(jìn)電機電流并改變EtherCAT驅動(dòng)器輸入電路中LED狀態(tài)的電路如圖1所示。
圖1：采用了標準電流檢測互感器(T1)、大負載電阻(R2)、輸入比較器(U1)、觸發(fā)器(U2)和輸出比較器(U3)的電感耦合觸發(fā)電路。出于測試目的，用脈沖發(fā)生器和負載電阻(R1和R11)替代電機硬件。
實(shí)現讓工程界驚嘆的獨特設計：設計理念遵從指南
C-CT-6電流互感器通常與10歐姆負載電阻一起用于提供初級電流的精確呈現。因為不關(guān)心幅度精度，所以選擇了一個(gè)帶有3.1V齊納二極管限壓器的大(33K)負載電阻器(R2)來(lái)改善時(shí)間響應性能，并避免燒掉比較器U1。圖中還實(shí)現了電流互感器輸出的全波整流(D1-4)，通過(guò)消除極性影響來(lái)簡(jiǎn)化接口連接。
比較器U1用于比較整流器輸出電壓和RV1設置的閾值電壓。通過(guò)偏移調整引腳5提供比較器U1的正反饋。正向U1輸出觸發(fā)D觸發(fā)器(U2A)。按鈕開(kāi)關(guān)SW1用于在觸發(fā)事件之間完成對觸發(fā)器的手動(dòng)復位。為了幫助確定按下此開(kāi)關(guān)的時(shí)機，LED(D6)會(huì )指示觸發(fā)器的狀態(tài)。輸出比較器U3充當低側開(kāi)關(guān)，用于控制EtherCAT電機系統中的光耦合LED。觸發(fā)輸入和輸出電路中的共模扼流圈(FL1、FL2)可減少射頻干擾并可防止在電噪聲環(huán)境中的誤觸發(fā)。這些扼流圈由鐵氧體分離式磁芯上的五匝RG-174組成。
為了模擬驅動(dòng)系統連接并測量觸發(fā)時(shí)間響應，電路中用56歐姆電阻負載(R1)和B&K3011B脈沖發(fā)生器取代了步進(jìn)電機和驅動(dòng)器。這樣可在電流互感器(T1)中提供200mA的初級電流。連接EtherCAT驅動(dòng)器的光隔離輸入電路被2K歐姆電阻負載(R11)所取代。使用電機驅動(dòng)器的觸發(fā)可重復性在這里也得到了確認。
仿真系統的示波器觀(guān)察結果[圖2]顯示R1兩端的電壓為12V正向步長(cháng)；它被用于觸發(fā)示波器。
圖2：這些示波器軌跡記錄了測試期間的整流器輸出噪聲和斜率以及觸發(fā)響應時(shí)間。通道1顯示的是R1兩端的電壓，通道2顯示的是整流器輸出端的電壓，通道3顯示的是輸入比較器的閾值，通道4顯示的是U3輸出。
圖2還顯示了比較器U1的輸入，從中能清楚地看到整流器輸出何時(shí)超過(guò)閾值電壓。我們可以確信，電流互感器輸出上升時(shí)間受次級線(xiàn)圈電容的限制。(Lee)所選的閾值電壓要盡可能低，但要遠高于本底噪聲，以最大限度地減少誤觸發(fā)。在輸入脈沖前沿后13us的地方，整流器輸出電壓超過(guò)0.25V的閾值。因比較器響應時(shí)間的緣故要再加1.2us。
該觸發(fā)電路的響應時(shí)間為15us，超出了要求以及基于使用的電流互感器帶寬規格的預期。在電流互感器輸出電路中選用大負載電阻和二極管限壓器，可以改善時(shí)間響應性能，代價(jià)是會(huì )降低幅度精度。
如圖3所示，可以在要求更高的應用中使用電感耦合式觸發(fā)電路。
圖3：用于高頻觸發(fā)的手繞式(10:1)鐵氧體磁芯電流互感器的特性。通道1顯示的是源自初級線(xiàn)圈的56歐姆電阻兩端的電壓。通道2顯示的是33K負載電阻上的電流互感器輸出電壓。
將次級線(xiàn)圈減少到幾匝，可以大大提高電流互感器的時(shí)間響應性能，進(jìn)而減小次級電容容量。采用高磁導率鐵氧體分離式磁芯，例如便宜的共模扼流磁芯，可進(jìn)一步提高高頻響應性能。為了降低插入損耗，可以用墊片調整分離式磁芯中的氣隙，代價(jià)是會(huì )犧牲次級脈沖幅度?？梢葬槍Υ盘匦赃x擇合適的磁芯材料來(lái)滿(mǎn)足各種帶寬要求。
（來(lái)源：EDN電子技術(shù)設計，作者：JEFF RADTKE，WILLIAM FERRIS）
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
如果把開(kāi)關(guān)電源的頻率無(wú)限提升..........
