PDu150CL 的標稱轉換速率為 38 V/us。因此，最大頻率正弦波為fm一個x=38×106π?VL(p?p)因此，150 Vp-p 正弦波的最大頻率為 80 kHz。

對于容性負載，功率帶寬受輸出電流的限制。最大頻率正弦波為fpwr=我pkπVL(p?p)?CL哪里我pk是峰值電流限制，VL(p?p)是峰峰值輸出電壓，而CL是有效負載電容。

小信號帶寬

小信號頻率響應

功率放大器噪聲

輸出噪聲包含一個與負載電容無關的低頻分量（0.03 Hz 至 10 Hz）;以及與負載電容成反比的高頻分量（10 Hz 至 1 MHz）。被動冷卻可實現(xiàn)最佳噪聲性能，因為風扇的磁場會在輸出中感應 mV 級干擾。在低噪聲應用中，如果風扇被移除，如果功率耗散超過 5W，則需要一些外部氣流。

使用 SR560 低噪聲放大器（增益 = 1000）、示波器和 Agilent 34461A 電壓表測量噪聲。低頻噪聲如下圖所示。RMS 值為 15 uV，峰峰值電壓為 100 uV。

0.03 Hz 至 10 Hz 的低頻噪聲。

下表列出了高頻噪聲（10 Hz 至 1 MHz）與負載電容的關系。0.03 Hz 到 1 MHz 的總噪聲可以通過對 RMS 值求和來求出，即σ=σLF2+σHF2.

應變傳感器規(guī)格

傳感器連接

PDu150CL 與單元件應變傳感器、半橋和全橋傳感器配置兼容。這些不同布置的優(yōu)點和推薦的連接方法如下所述。包括 www.omega.com 在內(nèi)的許多供應商都提供了合適的應變傳感器。PDu150CL 可以作為與?SCL 系列閉環(huán)堆棧執(zhí)行器的校準對購買。

單元件應變片

單元件應變傳感器可用于溫度穩(wěn)定或優(yōu)先考慮簡單性的應用。如下所示，推薦的配置需要三個電阻等于應變計的虛擬電阻器 （R）。當虛擬電阻器具有與應變片相同的溫度系數(shù)并與應變片熱連接時，可實現(xiàn)最佳溫度穩(wěn)定性。

半橋應變傳感器

帶有 90 度花結傳感器的半橋布置具有良好的溫度變化免疫力，分辨率比單個元件高約 30%。推薦的配置需要兩個與應變計電阻值相等的虛擬電阻器 （R）。

與壓電膨脹對齊的應變元件用 （+ε），90 度元素表示為 （?νε).采用此約定是因為壓電陶瓷中的陽性應變+ε由于泊松比 （ν).

全橋應變傳感器

由兩個 90 度玫瑰花傳感器構成的全橋布置具有良好的溫度變化免疫力、最佳線性度和兩倍于半橋的分辨率;但是，此配置還需要更多的布線。PDu150CL 可以作為與?SCL 系列閉環(huán)堆棧執(zhí)行器的校準對購買。

與壓電膨脹對齊的應變元件用 （+ε），90 度元素表示為 （?νε).采用此約定是因為壓電陶瓷中的陽性應變+ε由于泊松比 （ν).

傳感器噪聲和分辨率

由于傳感器噪聲由控制環(huán)路的互補靈敏度功能過濾，因此目標帶寬通常為 0.1Hz 至 100Hz。頻率上限影響不大，因為該帶寬中的大部分噪聲是由于來自板載參考和初級增益級的低頻噪聲造成的。電橋電阻為 350 歐姆時，折合到輸入端的總噪聲電壓如下圖所示，RMS 值為 3uV，峰峰值電壓為 20uV。

具有 350 歐姆電橋（0.1Hz 至 100Hz）的總應變噪聲

傳感器噪聲可用于估計傳感器分辨率。雙變量元件全橋的感應電壓為 [1， 2]

Vs=12Ve?GF?ε?(1+ν)哪里Ve是激勵電壓 （5V），GF 是規(guī)范因子（通常為 ~2），ε是應變，而ν是泊松比（PZT5H 為 0.34）。對于 0.1% 的滿量程應變，預期的電橋電壓為 6.7 mV。因此，預期的 RMS 分辨率為分辨率=3?uV6.7?毫伏=0.045%?滿量程

傳感器校準程序

校準電橋調節(jié)電路需要執(zhí)行以下程序，并且應在將傳感器和壓電陶瓷連接到 PDu150CL 的情況下執(zhí)行。

平衡橋梁

Bridge Balance pot 可以解釋 Bridge Balance pot 的 Bridge 阻力的小失配。此步驟優(yōu)化了電橋電路的溫度敏感性。

1） 將 PDu150CL 置于 Open-Loop 模式，并對輸入端子施加 0V 或短路。

2） 在 S- 和 S+ 端子之間連接電壓表（無需斷開電橋）。

3） 調整 Bridge Balance 電位器，直到測得的電壓為零。

設置 Sensitivity 和 Offset

此步驟校準傳感器，以便施加到壓電陶瓷的 0V 至 150V 信號產(chǎn)生 0V 至 10V 應變信號。

1） 將 Sensor Gain 電位器逆時針旋轉到底（10 圈）。

2） 確保 PDu150CL 處于 Open-Loop 模式，并對輸入端子施加 0V 或短路。

3） 監(jiān)控 SNS 終端并調整 Sensor Offset 電位器，直到電壓為零。

4） 將 7.5V 施加到輸入端子，以在壓電陶瓷上產(chǎn)生 150V 電壓。

5） 監(jiān)控 SNS 端子并調整傳感器增益電位器，直到電壓為 +10V。

變化

上述過程的許多變體是可能的。下面列出了一些有用的選項。

通過向輸入端子施加 5 Hz 正弦波，可以同時調整偏移和增益，范圍為 0V 至 7.5V，從而在壓電陶瓷上產(chǎn)生 0V 至 150V。使用示波器監(jiān)控 SNS 終端，并調整 Sensor Offset 和 Sensor Gain 電位器，直到測得的正弦波介于 0V 和 10V 之間。

與其將傳感器滿量程校準為 +10V，不如使用 +5V 等其他電壓可能更可取。

如果壓電陶瓷兩端的負電壓是可以接受的，則方便地將整個壓電電壓范圍（例如 -30V 至 +150V）校準為 0V 至 +10V 的 SNS 電壓。這要求校準期間輸入為 -1.5V 至 +7.5V，而不是 0V 至 +7.5V。

對于具有不同額定電壓的堆棧執(zhí)行器，應相應地選擇校準輸入信號。例如，額定電壓為 -20V 至 +100V 的壓電陶瓷的合適校準輸入為 -1V 至 +5V。

閉環(huán)作

校準傳感器后，PDu150CL 可以進入閉環(huán)模式。閉環(huán)系統(tǒng)的結構如下圖所示。

PDu150CL 的反饋結構

閉環(huán)靈敏度由應變傳感器的靈敏度定義。例如，如果壓電陶瓷的滿量程范圍 （FSR） 為 20 um，并且應變傳感器校準為 0V 至 10V，則閉環(huán)靈敏度為敏感性=FSR10?V=2?um/V

校準 Feedback Gain

反饋增益定義了系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬和建立時間。選擇最低的令人滿意的反饋增益以避免不必要的傳感器噪聲通常是有利的。下面描述了一個簡單的校準過程：

1） 將 Feedback Gain 電位器逆時針旋轉完全（10 圈）。

2） 將 PDu150CL 置于閉環(huán)模式，并向輸入端子施加 1Vp-p 三角波，偏移量為 5V。如果傳感器是在 10V 以外的滿量程范圍內(nèi)校準的，請使用等于中間范圍的偏移電壓。

3） 用示波器監(jiān)控輸入信號和 SNS 端子，并增加反饋增益，直到開始發(fā)生過沖。

對于不需要高速跟蹤的應用程序，不需要上述過程。最小反饋增益是合適的。

要獲得特定的 -3dB 帶寬，請將三角波替換為正弦波并調整反饋增益，直到 SNS 信號的幅度為 0.7 Vp-p。

凈空

當傳感器的滿量程范圍校準到壓電陶瓷的滿量程范圍時，需要考慮“裕量”。為了允許控制環(huán)路補償熱漂移和蠕變等影響，輸入信號通常被限制在 10% 到 90% 的范圍內(nèi)，以便控制環(huán)路可以在下限和上限利用剩余的 10%。例如，滿量程范圍為 0V 至 10V 的系統(tǒng)將具有 1V 至 9V 的實際閉環(huán)輸入范圍。

上述方法的另一種方法是在校準期間考慮 headroom。例如，可以選擇更小的范圍，例如 -15V 至 +130V，而不是使用滿量程范圍進行校準，例如 -30V 至 +150V。通過使用這種方法，產(chǎn)生的閉環(huán)輸入范圍將是 0V 至 10V，這可能比 1V 至 9V 更可取。

示例應用程序

在這個例子中，下圖 （SCL050518） 所示的壓電堆棧促動器在閉環(huán)中運行。致動器在 150V 下產(chǎn)生 20um 的位移，并利用由兩個 90 度玫瑰花結構成的全橋應變傳感器。

PDu150CL 經(jīng)過校準，使 0V 至 150V 的外加電壓對應于 0V 至 10V 的應變信號。然后選擇反饋增益，以在 10 Hz 全范圍三角波下實現(xiàn)良好的跟蹤性能，如下所示。

10 Hz 全頻跟蹤性能

對全范圍 1 Hz 正弦波輸入的開環(huán)和閉環(huán)響應如下圖所示。可以觀察到出色的磁滯補償。

開環(huán)和閉環(huán)響應（1Hz 正弦波）

在評估總定位噪聲之前，通過施加 20 Hz 正弦波并改變反饋增益直到幅度響應為 -3dB，調整反饋增益以提供精確 20 Hz 的閉環(huán)帶寬。這允許與具有相同帶寬的其他方法直接進行比較。

然后，可以通過測量具有零伏輸入的功率放大器的差分輸出電壓來量化放大器產(chǎn)生的總定位噪聲 [3]。

差分輸出電壓是使用增益為 10 且通帶為 0.03 Hz 至 1 MHz 的 SR560 低噪聲放大器測量的。所得電壓由壓電陶瓷的靈敏度 （20um/150V） 縮放，如下圖所示。RMS 值為 8.8 nm，50 秒內(nèi)的峰峰值為 60 nm。這表示 RMS 分辨率為分辨率=8.8?納米20?嗯=0.044%?滿量程

此值與 “Sensor Noise and Resolution” 中的預測分辨率一致。

閉環(huán)定位噪聲 （0.03Hz 至 1MHz）

過載保護 / 停機

PDu150 具有短路和平均電流過載保護。

可以通過集電極開路或漏極開路電路將 Enable 引腳拉低來手動關斷放大器。Enable 引腳通常浮動在 5V 電壓下，不應直接驅動。

散熱

散熱約為Pd=200×(我一個v+0.010)

例如，對于正弦輸出，功率為Pd=200×(VL(p?p)CLf+0.010)

測量散熱的一種直接方法是在運行期間用萬用表測量電源電流。散熱等于直流電流和電壓的乘積。

在需要移除風扇的低噪聲和低功率應用中，如果散熱小于 5W，自然對流就足夠了。如果散熱量在 5W 以上，建議使用 5 CFM 的外部氣流。為避免干擾，外部風扇應位于距離模塊超過 80 毫米的位置。

舊版本

保修 / 支持

PDu150CL 模塊在發(fā)貨前經(jīng)過全面的規(guī)格和過載保護測試。每個模塊都提供一份測試報告。用戶有責任確保在規(guī)格范圍內(nèi)正確設置和作。沒有保修期。持續(xù)超過運行規(guī)范，例如，反復超過電流限制或輸入電壓額定值，或未提供足夠的冷卻，將損壞模塊，需要更換模塊，費用由用戶承擔。PDu150 模塊不被視為可修復的。

高音量tage 安全警告

該產(chǎn)品可產(chǎn)生高達 180 Vdc 的潛在致命電壓。

遵守低電壓（根據(jù) ANSI C84.1-1989）安全預防措施，例如

• 使用受過低壓救援培訓的觀察員
• 請勿使用裸露的導體作
• 使用適當?shù)臉伺?/li>

認證與合規(guī)性

• CE、RoHS、REACH 認證

引用

[1]?納米分辨率位置傳感器綜述：作和性能;AJ 弗萊明;傳感器和執(zhí)行器 A：物理;2013, 190, 106-126

[2]?納米定位系統(tǒng)的設計、建模和控制;A. J. Fleming & K. K. Leang;施普林格，2014 年

[3]?納米定位系統(tǒng)中的分辨率測量和預測;AJ 弗萊明;機電一體化;2014, 24, 605-618

尺寸

安裝柱接受 M2.5 螺釘。

PCB 安裝版本 （PDu150CL-PCB） 設計用于安裝在主機主板上。唯一的區(qū)別是螺絲端子被安裝在模塊底部的接頭（Harwin M20-9990645 和 M20-9990845）所取代。引腳的推薦 PCB 孔尺寸為 1 mm。Altium 原理圖和封裝庫