Het aansturen van piëzo-actuatoren met lineaire versterkers, dat is toch even anders schakelen

Transcriptie

1 Het aansturen van piëzo-actuatoren met lineaire versterkers, dat is toch even anders schakelen Eric J. Boere Field Application Engineer bij Apex Microtechnology, namens TOP-electronics

2 Piëzo-electriciteit Betekent elektriciteit als gevolg van druk L00d Zirkoon Titaan Oxide (PZT)

3 Energie omzetting Sensor Mechanische energie Elektrische energie Actuator

4 Piëzo-elektrische componenten Symbool

5 Piëzo-elektrische componenten Elektrisch equivalent

6 Piëzo-actuatoren ΔL V+ ΔL ( stroke / slag) tot wel 0.01%

7 Een variëteit aan Piëzo-actuatoren ΔL Stacks (stapels) V+ ΔL ( stroke / slag) tot wel 2%

8 Een variëteit aan Piëzo-actuatoren V+ Δr Koepelvormen

9 Een variëteit aan Piëzo-actuatoren V+ Buigers Δθ

10 Een variëteit aan Piëzo-actuatoren ΔD Buisvormig + V ΔL - Verplaatsing in zowel axiale als radiale richting

11 Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Elektrostatische bekrachtiging Er wordt geen magnetisch veld gegenereerd Ongevoelig voor beïnvloeding door magnetische velden Er is vrijwel geen vermogen nodig om permanente kracht uit te oefenen

12 Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Opwekking van grote krachten door relatief kleine actuator Piëzo-elektrische actuator Solenoid (elektromagnetische) actuator 35mm x 33mm 25000N 38mm x 64mm 80N

13 Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Geen bewegende delen Lange levensduur Weinig onderhoud Toepasbaar in vacuüm Functioneert goed bij cryogene temperaturen

14 Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent

15 Resonantie Impedantie Anti-resonantie Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent L R Cp C Frequentie

16 Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent

17 Verplaatsing Kracht Het creëren en controleren van beweging Kracht is proportioneel met voltage 0 Voltage V max 0 Voltage V max

18 Verplaatsing Verplaatsing Het creëren en controleren van beweging Verplaatsing ( stroke / slag) is proportioneel met lading 0 Voltage V max 0 Lading Q max

19 Het creëren en controleren van beweging Kracht is proportioneel met voltage Verplaatsing (slag) is proportioneel met lading Aanstuur-elektronica hangt dus af van toepassing. Gaat het om kracht of verplaatsing?

20

21 Piëzo-uitdagingen Piëzo-actuator gedraagt zich als elektrische capaciteit 1. Capacitieve belasting dreigt een aansturend circuit te destabiliseren 2. Hoge snelheden veroorzaken grote stromen 3. Reactieve belasting van de versterker leidt tot extra vermogensverlies Piëzo-actuatoren kunnen als generator functioneren.

22 1. Destabilisatie tgv capacitieve belasting? Tezamen met de uitgangsweerstand van de versterker veroorzaakt de capacitieve belasting een extra pool in de z.g. Bode plot.

23 Stabilisatie

24 Destabilisatie tgv capacitieve belasting? Tezamen met de uitgangsweerstand van de versterker veroorzaakt de capacitieve belasting een extra pool in de z.g. bode plot. In recente toepassingen is de capacitieve belasting zelfs dynamisch! Bijvoorbeeld: Industriële Inkjet printers Analytische apparatuur T&M apparatuur Dynamische capacitieve belasting maakt de ontstane pool een bewegend doel ; stabilisatie van de versterker is moeilijker geworden.

25 Een alternatief circuit voor capacitieve belastingen Spanningsterugkoppeling Verbeterde Howland Stroompomp

26 2. Stromen kunnen groot zijn

27 3. Vermogensverlies Voorbeeld 90V 45V Tr=2us Tf=2us

28 Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit Ter herinnering: piëzo-actuatoren kunnen als generators werken! Hoogspanningsvoeding _ +

29 Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit Ter herinnering: piëzo-actuatoren kunnen als generators werken! Hoogspanningsvoeding _ +

30 Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit Wat is de uitgangsimpedantie van de voeding? Hoe hoog is de uitgangsspanning in verhouding tot de maximale voedingsspanning van de operationele versterker? Hoogspanningsvoeding _ +

31 Zijn er vragen?

32 Bedankt voor uw aandacht! Voor meer informatie bent u meer dan welkom bij stand 26