【应用】比书本还薄的伺服驱动器是如何实现的？

时间： 2019-09-05 来源：世强作者：zyliuliu

技术问答

作为数控机床的重要功能部件，伺服驱动装置的特性一直是影响数控机床加工性能的重要指标。随着高速切削、超精密加工、网络制造等先进技术的发展，全数字交流伺服驱动系统、小型化直线伺服系统及高速电主轴等成为机床行业的关注热点，并成为伺服驱动系统的发展方向。

为了帮助实现小型化、全数字交流伺服驱动器的设计，世强推出了《中小功率书本式伺服系统优选器件方案》，为研发工程师提供高性能、结构紧凑、高散热能力的解决方案。
图1所示为伺服驱动器拓扑图：

图1：伺服驱动器拓扑图

由图1可以看到伺服驱动器主要由以下几部分组成：
1）功率单元，包括整流桥和三相逆变电路
2）驱动电路，为IGBT功率模块提供驱动能力
3）检测单元，包括电流、电压检测电路
4）控制单元，MCU

下面我就本方案的功率单元器件选型设计做简要的介绍，以便大家对方案有更深一步的了解。

助力功率单元小型化书本化的集成式电源模块
在功率单元中，整流桥和逆变模块是制约伺服驱动器小型化、书本化最大的障碍。日本新电元推出的新一代电源模块（Power Module），型号为MG020200。该模块将三相整流桥和刹车电路集成到一起，体积仅为分立方案的一半大小。其内部电路图及外观如图2所示。

图2：新电元新一代电源模块MG020200

90°安装的IGBT功率模块
传统的逆变模块其管脚与散热器之间呈180°，做成书本式伺服驱动器时需要使用成本高昂的L型散热器。在该方案中世强推荐采用VINCOTECH推出的Flow90功率逆变模块。该逆变模块采用独特的90°结构安装，灵活配合散热器减小体积，可靠性高，一致性好。如图3所示：

图3：Flow90在书本式伺服驱动器安装示意图

5000Vrms！高隔离能力的驱动光耦
IGBT功率模块的应用依靠实际的驱动电路条件和开关环境，性能优良的驱动和保护电路是保证IGBT高效、可靠运行的必要条件。RENESAS公司推出的小体积、高隔离能力驱动光耦PS9031，输出电流能力高达2.5A，可以驱动150A以内的IGBT模块；开关传输速率很高，其开通和关断延迟时间最大仅为175 ns；同时采用LSO5封装，具有8mm的爬电距离（如图4所示），达到5000Vrms的隔离电压。因此在方案中推荐使用PS9031作为IGBT功率模块的驱动保护器件。

图4：PS9031爬电距离图示

贴片式霍尔电流传感器实时监测电流情况
当然，除了驱动保护外，为精确控制伺服电机的转矩和功率，还需要实时监测伺服驱动器输出电流。MELEXIS推出的贴片式霍尔电流传感器，型号为MLX91210，封装为SOIC8，额定测量电流20A，峰值电流可达50A，隔离耐压2.1kVrms。因此该传感器非常适用于单相伺服驱动器输出电流检测，其外观及引脚电路设计如图5所示。

图5：霍尔电流传感器MLX91210

综上所述，针对小功率、书本式伺服驱动器应用，世强的优选器件方案给出一系列设计参考和器件选型，以帮助工程师更快选择最优的元器件，缩短研发周期，提高性价比，增强产品竞争力。

相关技术文档：

SHINDENGEN 功率模块MG020200数据手册详情>>>

Vincotech flow90PACK 0的产品介绍详情>>>

Renesas PS9031 IGBT驱动光耦数据手册详情>>>

Melexis MLX91210 电流传感器数据手册详情>>>

中小功率书本式伺服系统优选器件方案详情>>>

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lance Lv7. 资深专家 2019-11-08

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