PiezoDrive模块PDu150 – 三通道超低噪声 150V 压电驱动器

PDu150 是一款完整的小型化电源超低噪声驱动器,适用于多达三个 100V、120V 或 150V 压电堆栈执行器。每通道高达 100mA输出电流可在高达 80 kHz 的频率下产生,且噪声非常低。在容性负载下,峰峰值分辨率超过百万分之一或 20 位,适用于半导体机械扫描探针显微镜光学振动控制纳米定位等要求苛刻的应用。

PDu150 具有短路平均电流过载和过热保护。被动冷却可用于低功率应用,或者集成风扇可用于 5W 以上的功率耗散。PDu150 可以用四个 M2.5 螺钉安装。PCB 安装型 (PDu150-PCB) 随附接头,可直接安装到主机主板上。

 

规格

电源+24 伏 (+/-10%)
输出电压-30 V 至 +150 V
峰值电流100 mA(300 mA 单通道)
RMS 电流78 mA(235 mA 单通道)
功率带宽80 kHz (150 Vp-p)
信号带宽180 赫兹
转换速率38 伏/微斯
获得20 伏/伏
Input Impedance9.16 kOhm(输入),3.3 kOhm(偏移)
Input Offset+/- 5 毫伏
负荷无限
输出噪声26 uV RMS(1 uF 负载,0.03 Hz 至 1 MHz)
保护短路、过流和温度
静态电流100 mA(关断时 10 mA)
连接螺丝端子 (AWG 20-30)
尺寸76 x 40 x 44 毫米(长 x 宽 x 高)
环境0C 至 60C(32F 至 140F)
重量80 克

连接图

功能
G
中文使
操作系统抵消
R--2V 基准
R++10V 基准

操作

放大器具有差分输入,其中负输入可以连接到外部参考或内部偏移发生器。该器件提供精准的 +10V 和 -2V 基准电压 (R+ 和 R-),允许外部电位计产生放大器输入。放大器输出采用一种新颖的低噪声差分架构,该架构不能接地,例如接地示波器的接地引线。

PDu150 低噪声压电驱动器作

PDu150 框图

偏移电压配置

偏移电压可以通过内部电位计设置,也可以通过外部电源设置,方法是将跳线 LK1 配置为“内部”或“外部”。当使用内部偏移源时,通过在输出端连接一个万用表并改变电位计直到获得所需的偏移来设置偏移电压。

在外部偏移模式下,偏移电压由施加到 OS 引脚的电压决定。通过将 OS 引脚接地,可以将偏移电压设置为零,这是标准配置。

使用参考电压

提供精确的 +10V 和 -2V 基准电压 (R+ 和 R-),以允许外部电位计产生放大器输入,如下所示。多个电位计可用于多个通道。10uF 电容器降低了噪声带宽,但并非绝对必要。电容器最好是薄膜型,但在大多数应用中可以接受陶瓷。

使用参考电压通过 10k 电位计创建 DC 输出

使用参考电压

输出电流

峰值输出电流为每通道 100mA 或 300mA (三个通道并联)。此外,每个放大器的最大平均电流为 35mA。平均电流可用于计算功率耗散和平均电源电流。对于正弦波,平均正输出电流等于我一个v=2π我rms=1π我pk.

电源电流

放大器的静态功率约为 2 W 或 85 mA。通过使用集电极开路电路将 Enable 引脚拉低,可以将其降低到 <10 mA。如果使用风扇,静态功率增加 0.5W,

我s=200×(我一个v+0.010)24哪里我一个v是总平均输出电流。全功率时最大电源电流为 0.9A。

功率带宽

功率带宽是可以再现而不失真的最大频率周期信号。计算器确定给定负载电容的最大工作频率和所需功率。该计算器包括电流限制、转换速率、输出阻抗和信号带宽的影响。该计算器不包括峰值电流限制的时间常数,当功率带宽低于 100 Hz 时,可能不准确。

PDu150 的标称转换速率为 38 V/us。因此,最大频率正弦波为fm一个x=38×106π VL(p−p)对于容性负载,功率带宽受输出电流的限制。最大频率正弦波为fpwr=我pkπVL(p−p) CL哪里我pk是峰值电流限制,VL(p−p)是峰峰值输出电压,而CL是有效负载电容。请注意,当所有通道并联时,输出电流和功率带宽将增加三倍。在这种情况下,PDu150CL 的计算器将预测性能。

小信号带宽

PDu150 小信号频率响应
负载电容带宽
空载180 赫兹
10 毫费F105 kHz
30 nF40 赫兹
100 毫费F11 赫兹
300 毫安法3.8 千赫
1 uF1.0 千赫
3 uF320 赫兹
10 uF62 赫兹
30 uF24 赫兹

小信号带宽 (-3dB)

噪声

输出噪声包含一个与负载电容无关的低频分量(0.03 Hz 至 10 Hz);以及与负载电容成反比的高频分量(10 Hz 至 1 MHz)。被动冷却可实现最佳噪声性能,因为风扇的磁场会在输出中感应 mV 级干扰。在低噪声应用中,如果风扇被移除,如果功率耗散超过 5W,则需要一些外部气流

低频噪声使用 SR560 低噪声放大器(增益 = 1000)、示波器和 Agilent 34461A 电压表进行测量。低频噪声如下图所示。RMS 值为 15 uV,峰峰值电压为 100 uV。

高频噪声(10 Hz 至 1 MHz)在右表中列出与负载电容的关系。0.03 Hz 到 1 MHz 的总噪声可以通过对 RMS 值求和来求出,即
σ=σLF2+σHF2

Low Frequency Noise from 0.03 Hz to 10 Hz.

0.03 Hz 至 10 Hz 的低频噪声。

负载
电容
HF 噪声
RMS
总噪声
RMS
10 毫费F450 微伏450 微伏
30 nF170 伏171 伏
100 毫费F60 伏62 伏
300 毫安法34 微伏37 微伏
1 uF21 微伏26 伏
3 uF16 伏23 伏
10 uF16 伏22 伏
30 uF18 微伏23 伏

高频噪声(10 Hz 至 1 MHz)
和总噪声(0.03 Hz 至 1 MHz)

过载保护 / 停机

PDu150 具有短路和平均电流过载保护。
可以通过集电极开路或漏极开路电路将 Enable 引脚拉低来手动关断放大器。Enable 引脚通常浮动在 5V 电压下,不应直接驱动。

散热

散热约为Pd=200×(我一个v+0.010)

例如,对于正弦输出,功率为Pd=200×(VL(p−p)CLf+0.010)

测量散热的一种直接方法是在运行期间用万用表测量电源电流。散热等于直流电流和电压的乘积。

在需要移除风扇的低噪声和低功率应用中,如果散热小于 5W,自然对流就足够了。如果散热量在 5W 以上,建议使用 5 CFM 的外部气流。为避免干扰,外部风扇应位于距离模块超过 80 毫米的位置。

测试程序

  • 请参阅 PDF 数据表,了解基本的手动测试程序。
  • 每个 PDu150 在发货前都使用自动测试系统进行了广泛的测试。每个交付的模块都包含一份打印的测试报告。电子测试报告和原始测试数据可以通过联系 PiezoDrive 获得。

故障排除说明

  • PDu150 最常见的问题是由于输出电压测量不正确。PDu150 输出是差分的,负输出(1-、2-和 3-)不能接地。例如,要测量输出电压,请使用电池供电的万用表测量 1+ 和 1- 之间的电压。
  • 要使用示波器测量输出电压,请将示波器接地连接到 PDu150 接地(任何 G 引脚),并将探头连接到 1+、2+ 或 3+ 输出。负载两端的实际电压是所测电压的两倍,这可以手动计算,也可以通过在示波器设置中将探头灵敏度加倍来计算,例如将探头灵敏度从 10 倍更改为 20 倍。不要将示波器接地连接到 1 端子、2 端子或 3 端子。

保修 / 支持

PDu150 模块在发货前经过全面的规格和过载保护测试。每个模块都提供一份测试报告。用户有责任确保在规格范围内正确设置和作。没有保修期。持续超过运行规范,例如,反复超过电流限制或输入电压额定值,或未提供足够的冷却,将损坏模块,需要更换模块,费用由用户承担。PDu150 模块不被视为可修复的。

高音量tage 安全警告

该产品可产生高达 180 Vdc 的潜在致命电压。

遵守低电压(根据 ANSI C84.1-1989)安全预防措施,例如

  • 使用受过低压救援培训的观察员
  • 请勿使用裸露的导体作
  • 使用适当的标牌

认证与合规性

  • CE、RoHS、REACH 认证

尺寸

安装柱接受 M2.5 螺钉。

PCB 安装型 (PDu150-PCB) 设计用于安装在主机主板上。唯一的区别是螺丝端子被安装在模块底部的接头(Harwin M20-9991045 和 M20-9990845)所取代。引脚的推荐 PCB 孔尺寸为 1 mm。

尺寸 (mm)

PDu150 Dimensions

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