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控製係統

伺服控製電路的電磁兼容設計(一)

星之球激光 來源:中電網2012-10-26 我要評論(0 )   

目前電氣伺服控製係統中的主控製器主要是單片機芯片,檢測裝置是各種傳(chuan) 感器,信號轉換電路主要實現a/d轉換功能,執行機構通常使用各種力矩電機。其控製原理示意圖可以簡...

       目前電氣伺服控製係統中的主控製器主要是單片機芯片,檢測裝置是各種傳(chuan) 感器,信號轉換電路主要實現a/d轉換功能,執行機構通常使用各種力矩電機。其控製原理示意圖可以簡單的用圖1的方塊圖來表示。伺服技術已經發展為(wei) 高精確度定位控製,對控製精度的要求越來越高,同時隨著芯片集成技術的提高,電氣係統小型化也成為(wei) 主流趨勢。

  在小型化的需求下,通常將整個(ge) 控製電路集成在一塊電路板上,電路板密度較高。如果設計不當,電路板會(hui) 產(chan) 生很大的噪聲,影響到伺服控製精度,嚴(yan) 重的甚至不能實現控製目的。在電氣伺服控製係統中,控製電路板的噪聲也成為(wei) 影響控製精度的一個(ge) 重要因素。因此設計好電路板的電磁兼容性,減小電路中的噪聲也成了電路設計時必須考慮的問題。本文從(cong) 模數電路的連接、地和電源的處理、以及驅動電路設計等幾個(ge) 方麵討論了伺服控製電路中一些電磁兼容性設計的方法,並通過實驗驗證了文種方法的有效性。

 

伺服控製電路板的電磁兼容設計

  在伺服控製電路中,傳(chuan) 感器檢測到的信號是模擬信號,主控製器和執行機構接收的則都是數字信號,電路分為(wei) 模擬和數字兩(liang) 部分。如果設計不當,模擬電路和數字電路之間,模擬電路自身以及數字電路自身都會(hui) 出現噪聲串擾的情況,會(hui) 影響到控製精度。如何設計電路中的電磁兼容性,減小電路中的噪聲是提高控製精度的一個(ge) 重要環節。下麵從(cong) 幾個(ge) 方麵討論伺服控製電路電磁兼容性設計的一些方法,以減小電路中的噪聲,避免噪聲串擾的情況。

 

模擬電路和數字電路之間的連接

  由於(yu) 信號的性質,數字電路的頻率高,模擬電路的敏感度較強。在模擬電路中,由於(yu) 傳(chuan) 感器檢測到的通常為(wei) 小信號,需要經過放大器放大,極小的噪聲電壓都會(hui) 引起輸出信號的嚴(yan) 重失真。在數字電路中,ttl噪聲容限為(wei) 0.4v~0.6v,cmos噪聲容限為(wei) vcc的0.3~0.45,因此數字電路具有較強的抗幹擾能力。數、模之間的大多數幹擾是通過電源和地總線產(chan) 生的,其中地線產(chan) 生的噪聲幹擾最大。

  對於(yu) 信號線來說,高頻的信號線應該盡可能的遠離敏感的模擬電路器件。對於(yu) 電源線,數字電源和模擬電源盡可能分開提供。對於(yu) 地線來說,整個(ge) pcb板對外界隻有一個(ge) 結點,所以必須在pcb板內(nei) 部處理數、模共地的問題。在pcb板內(nei) 部,為(wei) 了避免數字地上的噪聲對模擬地產(chan) 生幹擾,通常將數字地和模擬地分開,它們(men) 之間互不相連,隻在pcb與(yu) 外界連接的接口處有一點短接。為(wei) 了避免數字地上的高頻噪聲傳(chuan) 送到模擬地上,短接通過磁珠連接。磁珠可以將通過其的高頻噪聲吸收並且轉化成熱能散發,有效的避免了將高頻噪聲反射回去或者傳(chuan) 輸過去。實驗證明,選用通頻帶和阻抗合適的磁珠和直接單點連接相比,模擬地上的噪聲減小了很大一部分。

 

電源噪聲和地噪聲的處理

  如果情況允許,pcb板盡量使用多層板,用地平麵代替地線,電源平麵代替電源線,電源平麵和地平麵要盡量相鄰,減少環路麵積。在必須使用電源線和地線的時候,要盡量加寬電源線和地線。

  伺服控製電路中通常使用穩壓模塊或者電源模塊來提供直流電源。為(wei) 了減小直流電源中的交流噪聲對電子元器件產(chan) 生幹擾,在電子元器件電源的輸入端和地之間接旁路電容濾波。為(wei) 了保證濾波效果,通常使用兩(liang) 個(ge) 容值相差100倍的電容並聯作為(wei) 旁路電容。這是為(wei) 了避免在高速電路中,由於(yu) 引線產(chan) 生電感,與(yu) 電容發生諧振,造成旁路電容失效的情況。一般電路中常使用10u和0.1u的電容作為(wei) 旁路電容。旁路電容要盡可能的接近元器件的電源輸入端,越接近電源輸入端濾波效果越好。

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