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控制系統(tǒng)

伺服控制電路的電磁兼容設(shè)計(jì)(一)

星之球激光 來(lái)源:中電網(wǎng)2012-10-26 我要評(píng)論(0 )   

目前電氣伺服控制系統(tǒng)中的主控制器主要是單片機(jī)芯片,檢測(cè)裝置是各種傳感器,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能,執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常使用各種力矩電機(jī)。其控制原理示意圖可以簡(jiǎn)...

       目前電氣伺服控制系統(tǒng)中的主控制器主要是單片機(jī)芯片,檢測(cè)裝置是各種傳感器,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換功能,執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常使用各種力矩電機(jī)。其控制原理示意圖可以簡(jiǎn)單的用圖1的方塊圖來(lái)表示。伺服技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為高精確度定位控制,對(duì)控制精度的要求越來(lái)越高,同時(shí)隨著芯片集成技術(shù)的提高,電氣系統(tǒng)小型化也成為主流趨勢(shì)。

  在小型化的需求下,通常將整個(gè)控制電路集成在一塊電路板上,電路板密度較高。如果設(shè)計(jì)不當(dāng),電路板會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲,影響到伺服控制精度,嚴(yán)重的甚至不能實(shí)現(xiàn)控制目的。在電氣伺服控制系統(tǒng)中,控制電路板的噪聲也成為影響控制精度的一個(gè)重要因素。因此設(shè)計(jì)好電路板的電磁兼容性,減小電路中的噪聲也成了電路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。本文從模數(shù)電路的連接、地和電源的處理、以及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面討論了伺服控制電路中一些電磁兼容性設(shè)計(jì)的方法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了文種方法的有效性。

 

伺服控制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)

  在伺服控制電路中,傳感器檢測(cè)到的信號(hào)是模擬信號(hào),主控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收的則都是數(shù)字信號(hào),電路分為模擬和數(shù)字兩部分。如果設(shè)計(jì)不當(dāng),模擬電路和數(shù)字電路之間,模擬電路自身以及數(shù)字電路自身都會(huì)出現(xiàn)噪聲串?dāng)_的情況,會(huì)影響到控制精度。如何設(shè)計(jì)電路中的電磁兼容性,減小電路中的噪聲是提高控制精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。下面從幾個(gè)方面討論伺服控制電路電磁兼容性設(shè)計(jì)的一些方法,以減小電路中的噪聲,避免噪聲串?dāng)_的情況。

 

模擬電路和數(shù)字電路之間的連接

  由于信號(hào)的性質(zhì),數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度較強(qiáng)。在模擬電路中,由于傳感器檢測(cè)到的通常為小信號(hào),需要經(jīng)過(guò)放大器放大,極小的噪聲電壓都會(huì)引起輸出信號(hào)的嚴(yán)重失真。在數(shù)字電路中,ttl噪聲容限為0.4v~0.6v,cmos噪聲容限為vcc的0.3~0.45,因此數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力。數(shù)、模之間的大多數(shù)干擾是通過(guò)電源和地總線產(chǎn)生的,其中地線產(chǎn)生的噪聲干擾最大。

  對(duì)于信號(hào)線來(lái)說(shuō),高頻的信號(hào)線應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。對(duì)于電源線,數(shù)字電源和模擬電源盡可能分開(kāi)提供。對(duì)于地線來(lái)說(shuō),整個(gè)pcb板對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn),所以必須在pcb板內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問(wèn)題。在pcb板內(nèi)部,為了避免數(shù)字地上的噪聲對(duì)模擬地產(chǎn)生干擾,通常將數(shù)字地和模擬地分開(kāi),它們之間互不相連,只在pcb與外界連接的接口處有一點(diǎn)短接。為了避免數(shù)字地上的高頻噪聲傳送到模擬地上,短接通過(guò)磁珠連接。磁珠可以將通過(guò)其的高頻噪聲吸收并且轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā),有效的避免了將高頻噪聲反射回去或者傳輸過(guò)去。實(shí)驗(yàn)證明,選用通頻帶和阻抗合適的磁珠和直接單點(diǎn)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,用地平面代替地線,電源平面代替電源線,電源平面和地平面要盡量相鄰,減少環(huán)路面積。在必須使用電源線和地線的時(shí)候,要盡量加寬電源線和地線。

  伺服控制電路中通常使用穩(wěn)壓模塊或者電源模塊來(lái)提供直流電源。為了減小直流電源中的交流噪聲對(duì)電子元器件產(chǎn)生干擾,在電子元器件電源的輸入端和地之間接旁路電容濾波。為了保證濾波效果,通常使用兩個(gè)容值相差100倍的電容并聯(lián)作為旁路電容。這是為了避免在高速電路中,由于引線產(chǎn)生電感,與電容發(fā)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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