Построение современной системы управления двигателем требует наличия средств измерения и контроля таких параметров как ток фазы, крутящий момент, направление и скорость вращения, значение тока и напряжения на шине и так далее.
По мере развития двигателей: увеличение мощности, скорости вращения, появление многоосевых (multi-axis) и разнонаправленных (multi-directional) систем, точность измерения описанных выше параметров становится критически важной.
В то время как за измерение крутящего момента, скорости и направления вращения в системах измерения отвечает энкодер, сигма-дельта (Σ-Δ) модулятор обеспечивает высокую точность и линейность измерения тока и напряжения на шине в широком динамическом диапазоне.
Традиционно для измерения тока используются трансформаторы или датчики Холла, но эти решения слишком громоздки для современных систем, а результаты и точность их измерений сильно зависят от температуры работы двигателя. Куда более компактное и дешевое решение заключается в подключении шунтового резистора непосредственно к сигма-дельта модулятору.
Сопротивление резистора при этом выбирается таким образом, чтобы максимальное значение тока в измеряемом диапазоне соответствовало напряжению около ± 50 мВ (для модуляторов ACPL-C799) или ± 200 мВ для других сигма-дельта модуляторов. При данном значении напряжения, потери мощности из-за рассеивания на резисторе сводятся к минимуму. На рисунке ниже представлена схема, иллюстрирующая принцип измерения тока фазы двигателя, а также значение тока и напряжения на шине.
Сигма-дельта модуляторы с оптической изоляцией
Одними из самых дорогостоящих компонентов в системе управления двигателем являются силовые переключатели, в роли которых используются IGBT или MOSFET-транзисторы. Данные компоненты имеют высокую частоту переключения и могут являться источником нежелательных всплесков напряжения и шума, который в свою очередь могут отрицательно сказаться на работе микроконтроллера.
- Использование сигма-дельта модуляторов с оптической изоляцией позволит избежать негативного влияния на микроконтроллер и повысить точность измерения
- Модуляторы имеют минимальное значение пути утечки равное 0.5 мм, обеспечивают высокую защиту от перенапряжения и прекрасно подходят для решений, где требуется высокая степень отказоустойчивости
- Величина пути утечки для оптических изоляторов превосходит аналогичный параметр для индуктивных или емкостных изоляторов, где его значение составляет примерно 0.033 мм
Сигма-дельта модуляторы ACPL-C799, ACPL-C797, ACPL-796J и ACPL-798J компании Broadcom преобразуют аналоговый входной сигнал в цифровой поток данных с помощью сигма-дельта-модулятора второго порядка с избыточной дискретизацией. Среднее время обработки и передачи данных для модулятора пропорционально значению величины напряжения входного сигнала.
Ниже ссылки на сайт Broadcom для скачивания даташитов:
1. ACPL-C799 - 1-битный сигма-дельта (Σ-Δ) модулятор второго порядка, который преобразует аналоговый входной сигнал в высокоскоростной поток данных с оптической гальванической развязкой
2. ACPL-C797 - 1-битный сигма-дельта-модулятор второго порядка. ACPL-C797 использует источник питания 5 В с динамическим диапазоном 80 дБ и соответствующий цифровой фильтр. Дифференциальные входы ± 200 мВ (полная шкала ± 320 мВ) идеально подходят для прямого подключения к шунтирующим резисторам.
3. ACPL-796J - A это 1-битный сигма-дельта (Σ-Δ) модулятор второго порядка, преобразующий аналоговый входной сигнал в высокоскоростной поток данных с гальванической развязкой на основе технологии оптической связи. ACPL-796J работает от источника питания 5 В с динамическим диапазоном 80 дБ с соответствующим цифровым фильтром.
4. ACPL-798J - 1-битный сигма-дельта-модулятор второго порядка. ACPL-798J работает от источника питания 5 В с динамическим диапазоном 82 дБ с соответствующим цифровым фильтром. Дифференциальные входы ± 200 мВ (полная шкала ± 320 мВ).
На нашем канале вы можете посмотреть видео с вебинара с рекомендациями по применению сигма-дельта модуляторов:
Запрос на компоненты вы можете отправить эксперту по силовой электронике Дмитрию Антонову по почте dmitry.antonov@ebv.com
