引言

伺服驱动器为伺服电机供电，以保持伺服驱动器控制器设置的速度和扭矩。使用三相交流电压为伺服电机供电，该电压可产生旋转磁场。控制器告诉伺服驱动器电机的旋转速度，以及电机可以朝哪个方向转动。电机上有一个编码器，它可检测电机的实际速度和位置并将其反馈给伺服驱动器，而伺服驱动器现在可以连续地调整速度和位置数据。伺服驱动器中模数转换器 (ADC) 的用例包括：

1. 测量电流传感器的输出
2. 来自 PLC 或运动控制器的模拟控制输入
3. 从增量正弦/余弦编码器插值正弦/余弦信号

图 1 伺服驱动器方框图

测量电流传感器的输出

在伺服驱动器内部，有一个内部三相逆变器，它从电源接收直流电压，并通过脉宽调制器 (PWM) 转换为交流电压。PWM 的占空比可控制施加到电机上的电流/扭矩。当占空比接近 0% 时，电流/扭矩处于最小值。当占空比接近 100% 时，电流/扭矩处于最大值。PWM 不断改变占空比，以产生正弦交流信号。该交流信号为电机供电并使电机旋转。处理器使用电流测量来更新 PWM 占空比。电流传感器与 ADC 配对以测量电流，并将模拟输出转换为数字输出，然后发送到处理器，如图 2 中所示。

有许多不同类型的电流传感器，例如 LEM 电流传感器、VAC 电流传感器、霍尔效应电流传感器、电流检测放大器等，例如 TI 提供的 TMCS1123、AMC1300 和 INA241A。这些电流传感器的输出是模拟输出，需要通过 ADC 进行数字化才能使处理器进行读取。电流传感器具有多种输出类型，包括差分、伪差分和单端。这些输出类型需要模拟电路将其转换为单端信号，因此更容易使用具有伪差分/差分输入的 ADC。ADS8350、ADS7850、ADS7250 和 ADS704x/ADS705x 系列可为多种具有差分和伪差分输入的器件提供支持。ADC 的输入范围也很重要，它可以与电流传感器的输出范围相匹配。一些传感器（例如 LEM 传感器）的输出可能为 -10V 至 10V。ADS8681 具有集成式 PGA，因此 ADS8681 可以直接获取此电压，无需外部组件。表 1 进一步详细介绍了一些涵盖多个输入范围和电压的 ADC。

图 2 测量电流传感器的输出

模拟 I/O

PLC 或运动控制器等控制器可使用模拟或数字输出与伺服驱动器通信。模拟控制常用于传统系统和低成本系统。该控制器通常可以具有 ±10V 的输出。这些模拟输入需要转换为数字，以供伺服驱动器上的处理器进行读取，这正是 ADC 的用武之地。ADC 需要具有较宽的输入电压范围，以确保 ADC 可以读取 PLC 的输出。图 3 展示了一个如何以电路形式使用 ADC 的示例，表 2 中列出的所有器件都具有 ±10V 输入范围。

图 3 模拟 I/O

伺服驱动器位置反馈

电机的编码器用于检测电机的实际速度和位置。编码器将该信息读取为电压信号，然后将它们发送回伺服驱动器，以控制电机的速度或位置。编码器输出的模拟信号是 1V_PP 正弦/余弦信号，因此 2 通道放大器加上 2 通道 ADC 可以是一个很好的设计，如图 4 所示。该处理器使用 ADC 的数字输出来确定电机的速度和位置，因此 ADC 上的分辨率是基本的规格。典型编码器的带宽为 500kHz；在电机速度较快的应用中，来自编码器的正弦或余弦信号的带宽可以更高。更高的 ADC 采样率很重要，因为 ADC 可用于通过求平均值来提高噪声性能。对于每个因子 2，均值计算可将信噪比 (SNR) 提高约 3dB。在表 3 中，有符合编码器反馈信号链所要求规格的放大器和 ADC 对。

图 4 伺服驱动器位置反馈

结语

伺服驱动器在许多不同的用例中都需要 ADC。ADC 可用于测量电力线上的电流传感器输出，将 PLC 的模拟输出数字化并将编码器接收到的模拟数据转换为数字数据。TI 拥有用于进行这些测量的强大器件系列。下面是有关伺服驱动器的详细信息的文章。

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