PiezoDrive MX200高性能压电驱动器

MX200是一个完整的电源和高性能线性放大器模块,用于驱动压电执行器。MX200可以驱动堆栈致动器;标准压电致动器;两台电线弯曲机;和需要偏压的三线压电弯曲器。频率高达100 kHz时,输出电流最高可达1安培。利用外部交流耦合电容,最高可达+/-100V的双极性输出电压。 MX200具有短路、平均电流过载和电源欠压保护。MX200可以作为独立模块使用,也可以用四个M3螺丝安装在底座上。PCB安装版本(MX200-PCB)配有接头,可直接安装到主机主板上。  

兼容致动器

堆叠致动器 60伏、100伏、120伏、150伏、200伏
板和管 高达+/-200伏
两台弯线机 0至200伏,200伏偏压
三个电线弯曲器 带有+/-100伏偏压的+/-100伏

规范

电源 24伏(18伏至36伏)
电压范围 +100伏、+150伏、+200伏
均方根电流 550毫安、330毫安、220毫安
峰值电流 1安培
功率通带 106千赫(180峰峰值)
信号带宽 200 kHz (100 nF负载)
转换速度 60伏/美国
获得 20伏/伏
输入阻抗 33千欧(英寸+),1.6千欧(英寸-)
输入失调 +/- 5毫伏
负荷 无限的
输出噪声 <1 mV RMS (1uF Load)
保护 过电流和欠电压
静态电流 0.3安(关断时为30毫安)
规模 80 x 46 x 40毫米(长x宽x高)
环境 0C至60C (-40F至140F)
重量 95克

接线图

mx200 connection diagram

接线图

操作

mx200 operation

MX200框图

升压转换器产生高压电源和负轨。输出电压范围可以设置为+100V、+150V或+200V。下一节将讨论配置选项。使用外部交流耦合电容,最高可达+/-100V的双极性输出电压,参见“双极性输出电压”。 高压放大器具有增益为20的差分输入,输入电压范围为10 V,负输入可以连接到地或差分源。不应该让它漂浮着。负载连接在输出和地之间。偏置电压输出用于三线双压电晶片弯曲致动器。

配置

使用两个跳线LK1和LK2,可以将输出电压范围设置为+100V、+150V或+200V。在较低的电压范围内可获得更大的输出电流。不正确的跳线组合会损坏放大器。
电压范围 峰值电流 均方根电流 平均电流 LK1 LK2
100伏 1安培 550毫安 250毫安 A 在外
one hundred and fifty五世 1安培 330毫安 150毫安 B B
200伏 1安培 220毫安 100毫安 在外 A
电压范围跳线设置

输出电流

最大连续均方根电流取决于电压范围,如表1所示。平均正输出电流对于计算功耗和平均电源电流也很有用。对于正弦波,平均正输出电流等于Iav=2πIrms=1πIpk.所有电压范围的峰值电流限制为+/-1A,最长可提供5毫秒。这在需要快速上升时间的脉冲应用中很有用。

源电流

放大器和风扇的静态功耗约为8 W,因此,24 V时的静态电源电流为0.3 A,通过对Enable引脚施加逻辑0,该值可降至30 mA。电源电流与平均正输出电流的关系如下Is=1.1×Vout×Iav+8Vs在哪里Vout是输出电压范围,和Iav是平均输出电流。因此,在全额定功率下,24 V电源的最大电源电流为1.25 A(Iav=100毫安)。 电源必须足够放大器使用,推荐额定值至少为1.5安培。请注意,当第一次供电或放大器使能时,短时间内需要全电流来为存储电容充电。

应用电路

mx200 app Circuits V3
应用电路

压电双晶片的偏置输出

偏置输出(Vb)为驱动三线压电弯曲器提供固定电压。偏置电压比所选电压范围高约5V。当使用双压电晶片致动器时,有效电容是两层的总和。 需要对称偏置电压(例如+/-100 V)的致动器也可以被驱动,因为这种配置在电气上等同于单极配置,例如0 V至200V。

功率通带

下面的计算器绘制了容性负载的最大峰峰值输出电压与频率和电压范围的关系。
空载时的最大频率受限于60 V/us的压摆率。也就是说, fmax=60×106π VL(p−p). 对于容性负载,功率带宽受到输出电流的限制。正弦波的最大频率为 fpwr=IavVL(p−p) CL在哪里Iav是平均电流限值(200V范围为100 mA),VL(p−p)是峰峰值输出电压,和CL是有效负载电容。

小信号带宽

负载电容 带宽
10纳法 180千赫
30纳法 283千赫
100纳法 275千赫
300纳法 160千赫
1 uF 78千赫
3 uF 30千赫
10 uF 8.3千赫
30 uF 3.0千赫
小信号带宽与 负载电容(-3dB)
mx200 signal bandwidth
小信号频率响应

噪音

输出噪声包含独立于负载电容的低频成分(0.03 Hz至10Hz);以及与负载电容成反比的高频分量(10 Hz至1 MHz)。请注意,许多制造商仅引用万用表测量的交流噪声(20 Hz至100 kHz ),这通常是严重低估。 噪声是用SR560低噪声放大器(增益= 1000)、示波器和Agilent 34461A电压表测量的。低频噪声如下图所示。均方根值为360 uV,峰峰值电压为1.8 mV。
mx200 LF noise

0.03赫兹至10赫兹的低频噪声。

下表列出了高频噪声(10 Hz至1 MHz)与负载电容的关系。0.03 Hz至1 MHz范围内的总噪声可通过均方根值求和得到,即σ=σLF2+σHF2.
负载上限。 高频噪声均方根值 总噪声均方根值
10纳法 1.5毫伏 1.5毫伏
30纳法 2.6毫伏 2.6毫伏
100纳法 3.5毫伏 3.5毫伏
300纳法 1.2毫伏 1.2毫伏
1 uF 306紫外线 470紫外线
3 uF 129紫外线 380紫外线
10 uF 100紫外线 370紫外线
30 uF 120紫外线 380紫外线
高频噪声(10赫兹至1兆赫)和 总噪声(0.03 Hz至1 MHz)
大部分高频噪声来自升压转换器的纹波(170 kHz)。在超低噪声应用中,输出带宽可限制在10 kHz,从而将10 Hz至1 MHz频率范围内的噪声降至100 uV RMS以下。这可以通过下图所示的RLC滤波器来实现。
mx200 noise filter

输出噪声滤波器

所需的电感和电阻为L=14π2fc2CL      和,      R=1.4L/CL在哪里fc是截止频率(10 kHz ),并且CL是负载电容。电感的额定值至少应为1 A,自谐振频率大于1 MHz。 一阶阻性滤波器也可能是有效的,尽管它必须针对预期均方根电流进行额定。所需的值是 R=12πfcCL.

最佳噪声性能

MX200有一个内部升压转换器,可在引脚7和引脚8之间产生近似1A的电流纹波。为了将电源阻抗和布线电感引起的接地噪声降至最低,请使用双绞线。建议在引脚7和8之间使用铝聚合物电容(35V,1000uF至10,000uF)。总电容应小于24V电源最大电容规格的一半。 MX200具有差分输入,可将接地电压干扰的影响降至最低。信号源应通过双绞线电缆连接到引脚1和引脚2,最好带有接地屏蔽。对于标准同相配置,信号源地应连接到信号源的引脚1。 如果噪声至关重要,则应考虑上述输出滤波器。 测量输出噪声时,确保探头接地和信号引线直接连接到负载。不要使用远程接地。

过载保护/关闭

MX200具有短路和平均电流过载保护。当输入电源电压低于12 V时,该模块也被禁用。过载引脚上的+5 V表示电流过载情况。 通过集电极开路或漏极开路将Enable引脚拉低,可以手动关断放大器。使能引脚通常浮动在6.2V,不应直接驱动。

桥梁结构

通过以如下所示的桥接配置驱动负载,输出电压范围可以翻倍至+/-200 V。在此配置中,输出电压为 Vout=40(Vin−5) 也就是说,0V至10V输入在负载上产生+/-200V。当输入电压为+5V时,负载上的电压为零。但是,请注意,每个端子的绝对电压仍然是+100V。这种配置的功率带宽可以通过仅考虑一个放大器并将有效电容加倍来计算。
mx200 bridge configuration

桥梁结构

双极性输出电压

通过增加一个外部交流耦合电容,可以实现双极性输出电压,如下图所示。这种方法产生一个截止频率为1 Hz的高通滤波器。也就是说,低于1 Hz的频率将被强烈衰减。 使用200V范围可获得高达+/-100V的电压,使用150V范围可获得+/-75V的电压,使用100V范围可获得+/-50V的电压。 C1的额定值至少应为放大器的全输出电压。例如,要使用200V配置实现+/-100V,需要一个额定电压为250V的电容器。C1的电容应足够大,以确保串联压降小于输出电压的1%。薄膜电容器是优选的,但是电解电容器也是合适的。 如果负载是压电或电容,C1>100×Cp. 如果负载在工作频率下不是容性的,C1的阻抗应小于负载阻抗的1%Zp,也就是,C1>1002πf|Zp|电阻器R1设置交流耦合频率fac,建议为1 Hz。R1的价值是R1=12πfacC1R1的额定功率应该大于Vrms2/R1,在哪里Vrms2是负载上的均方根电压。
+/-100 V Piezo Driver, using an external capacitor C1 and resistor R1.

+/-100 V压电驱动器,使用外部电容C1和电阻R1。

高压安全警告

该产品产生高达220 Vdc的潜在致命电压。 遵守低压(根据ANSI C84.1-1989)安全预防措施,例如
  • 使用受过低压救援训练的观察者
  • 不要操作裸露的导体
  • 使用合适的标志

认证和合规

  • CE,RoHS,Reach

规模

安装柱接受M3螺钉。对于PCB安装版本(MX 200-PCB ), Altium原理图和尺寸库可用于下载. 点击此处下载3D模型
mx200 dimensions
尺寸(毫米)

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PiezoDrive MX200高性能压电驱动器

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