簡介

伺服驅動器可為伺服馬達供電，以維持由伺服驅動控制器設定的速度和扭力。伺服馬達使用三相交流電壓供電，產生旋轉磁場。控制器會告知伺服驅動器馬達的旋轉速度，以及馬達的移動方向。馬達上有一個編碼器，可偵測馬達的實際速度和位置，並將其送回伺服驅動器，伺服驅動器現在可持續調整速度和位置資料。伺服驅動器中類比轉數位轉換器 (ADC) 的使用案例包括：

1. 測量電流感測器的輸出
2. 類比來自 PLC 或動作控制器的控制輸入
3. 內插來自增量正弦 / 餘弦編碼器的正弦 / 餘弦訊號

圖 1 伺服驅動器原理圖

測量電流感測器的輸出

在伺服驅動器內，內部 3 相逆變器從電源供應器取得 DC 電壓，並透過脈衝寬度調變器 (PWM) 轉換為 AC 電壓。PWM 的工作週期控制施加在電機上的電流 / 扭矩。當占空比接近 0% 時，電流 / 扭矩為最小值。當占空比接近 100% 時，電流 / 扭矩為最大值。PWM 會持續改變工作週期，以產生正弦 AC 訊號。此 AC 訊號可為馬達供電並旋轉。處理器使用電流量測來更新 PWM 工作週期。電流感測器與 ADC 配對以測量電流，並將類比輸出轉換為數位輸出，然後再傳送至處理器，如 圖 2 中所示。

電流感測器有許多不同類型，例如 LEM 電流感測器， VAC 電流感測器，霍爾效應電流感測器，電流感測放大器等，例如 TI 提供的 TMCS1123，AMC1300 和 INA241A。這些電流感測器的輸出為類比，需要透過 ADC 數位化，以便處理器讀取。電流感測器具有各種輸出類型，包括差動，虛擬差動及單端。這些輸出類型需要類比電路將其轉換為單端訊號，因此更容易使用具虛擬差動 / 差動輸入的 ADC。ADS8350，ADS7850，ADS7250 和 ADS704x/ADS705x 系列提供具有差動和虛擬差動輸入的多種設備。ADC 的輸入範圍也十分重要，且可與電流感測器的輸出範圍相符。部分感測器如 LEM 感測器，可能具有 -10V 至 10V 輸出。由於 ADS8681 具有整合式 PGA ，因此 ADS8681 無需外部元件即可直接接收此電壓。表 1 將更深入探討涵蓋多種輸入範圍與電壓的幾部 ADC。

圖 2 測量電流感測器的輸出

類比 I/O

PLC 或動作控制器等控制器可以使用類比或數位輸出與伺服驅動器通訊。類比控制器常用於傳統系統和低成本系統。控制器通常具有 ±10V 輸出。這些類比輸入需要轉換為數位信號，才能被伺服驅動器上的處理器讀取，因此需要使用 ADC。ADC 需要廣泛的輸入電壓範圍，確保 ADC 可以讀取 PLC 的輸出。圖 3 說明如何以電路形式使用 ADC 的範例，且列出的裝置 表 2 皆具備 ±10V 的輸入範圍。

圖 3 類比 I/O

伺服驅動器位置回饋

馬達的編碼器用於偵測馬達的實際速度和位置。編碼器以電壓訊號的形式讀取此資訊，並將其送回伺服驅動器，以執行馬達的速度或位置控制。編碼器輸出的類比訊號是 1V_PP 正弦 / 餘弦訊號，因此 2 通道放大器加上 2 通道 ADC 可能是一種良好的設計，如 圖 4 中所示。處理器使用 ADC 的數位輸出來判斷馬達的速度和位置，因此 ADC 的解析度是基本規格。一般編碼器的頻寬為 500kHz ；在馬達速度較快的應用中，編碼器正弦或餘弦訊號的頻寬可能較高。較高的 ADC 取樣率很重要，因為 ADC 可以透過平均處理來改善噪聲性能。就每一個因數 2 而言，平均可使訊噪比 (SNR) 提高約 3dB。在 表 3 中，有符合編碼器回饋訊號鏈所需規格的放大器加 ADC 對。

圖 4 伺服驅動器位置回饋

結論

伺服驅動器在許多不同使用案例中都需要 ADC。ADC 可用於測量電源線上電流感測器的輸出，將 PLC 的類比輸出數位化，以及將編碼器接收的類比資料轉換為數位資料。TI 擁有能進行這些量測的強大裝置代表產品。以下文章提供有關伺服驅動器的詳細資訊。

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