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

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

Lineaire versterkers met 80% efficiency. een innovatieve, gepatenteerde methode om minder vermogen te dissiperen

Elektronische basisschakelingen Oefenzitting 3.

IoT kennen we nu wel, maar welke technologie gebruiken we waar!

DATA SHEET C2-20. Besturing voor elektrische actuators. DATA SHEET C2-20 A&E Trading b.v. 1

Hoe de (very) near-field test methode bijdraagt aan optimale antenne performance

EMC basics. Noodzaak tot ingrijpen

Aurix bovenop de Octave MKII. " Hoofdtelefoonversterker. "AuriX. Gebruiksaanwijzing. Bijgewerkt per Made by ALL Engineering

Module 1: werken met OPAMPS. Project 1 : Elementaire lineaire OPAMP schakelingen.

Het kiezen van juiste protocollen

TENTAMEN Versterkerschakelingen en Instrumentatie (EE1C31)

STROOMSENSOR BT21i Gebruikershandleiding

Hoofdstuk 1: De OPAMP

Introductie EMC. Hét EMC Event 2011 DARE!!

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven verdeeld over drie bladzijden. U heeft drie uur de tijd.

Ontwikkeling 10kVac - 2,5kW voeding

Introductie EMC. Hét EMC Event 2011 DARE!!

Optimaliseer het antenne-ontwerp voor betere efficiëntie met een RF Vector Network Analyser! D&E Event, november 2015

van Ministerie van Defensie, Marinebedrijf Standaarden Laboratorium van de Techniek Groep Defensie Speciale Producten

Klasse B versterkers

Blackman: de impact van terugkoppeling op nodeimpedanties

Zelf een hoogspanningsgenerator (9 kv gelijkspanning) bouwen

Aanwijzingen. Figuur 1 LDR (NORP12) Weerstand - lichtsterkte grafiek (Let op: Logaritmische schaal) Nakijkmodel

Versterking Principe van de versterking

Herken de kwaliteit van Leddrivers. Rob Snoek - R&D manager Lumotech B.V. - Heerhugowaard

Het bewaken en verbeteren van de netspanningskwaliteit in de energievoorziening

Deel 23: db s bij spanningen. Maes Frank

Set-Up instructies MULTICONTROLLER _R02

Theory DutchBE (Belgium) Niet-lineaire dynamica in elektrische schakelingen (10 punten)

PCB-ontwerp. Het EMC-Event Patrick Dijkstra

I A (papier in) 10cm 10 cm X

Ruis in amateur ontvangers PA0EHG

Hoofdstuk 5: Elektro-akoestische omzetters

Klasse B output buffer voor een Flat Panel Display Kolom aansturing

Nieuwe technologie: Nieuwe ontwerpregels Deel 1. 6 november 2014 Bunnik

Harmonische stromen en resonantie..zx ronde 30 augustus 2015

Magnetische toepassingen in de motorvoertuigentechniek (3)

Impedantie V I V R R Z R

Harmonische vervorming & Netvervuiling

1. Langere vraag over de theorie

AIRBAGS EN GORDELSPANNERS

WINDENERGIE : SYNCHRONE GENERATOREN

NOS Mini DAC "Octave. Gebruiksaanwijzing. Made by ALL Engineering. Bijgewerkt per

Operationele versterkers

LUXUS Electronic (KDE, KDE2) ELEKTRISCHE DOORSTROMER VOOR TAPWATER

Inhoudsopgave De condensator

Tentamen 5CI30 Sensor Physics ,

Hoofdstuk 3: Praktische opampschakelingen 2

Tentamen Lineaire Schakelingen, 2 e deel (EE1300-B)

A&E Trading b.v. Lineaire aandrijftechniek ACTUATORS

ComfoFan S 425 Handleiding voor de installateur Manuel de l installateur

High Field Magnet Laboratory (HFML) Martin van Breukelen

LABO. Elektriciteit OPGAVE: Karakteristieken van synchrone generatoren. Remediering: Datum van opgave: Datum van afgifte: Verslag nr. : 06.

Langere vraag over de theorie

Inleiding Vermogenversterkers en de Klasse A versterker

Condensator = passieve component bestaande uit 2 geleiders (platen) met een isolator/diëlectricum(lucht, papier, kunststoffen) tussen.

Elektrische Netwerken

DF405_V5 Universele uitlezing opbouw

AS2 lecture 4. Superpositie Thévenin, Norton, en complexe stroom. Cees Keyer. Amsterdam School of technology, dept. Electronic Engineering

Inleiding elektronica Presentatie 1

ComfoFan S R 275 Handleiding voor de installateur Manuel de l installateur

6. MICROFOONS EN LUIDSPREKERS

Workshop EVSE and Charging

Meettechniek en regelaars

DEEL 9 :Triode voorversterker. MAES FRANK

Scheidingstransformatoren. ZX ronde 27 september 2015

Sensoren Introductie Weerstandtechniek Brug van Wheatstone Basis Opamp schakelingen Opampschakelingen voor gevorderden

Tent. Elektriciteitsvoorziening I / ET 2105

Rekenkunde, eenheden en formules voor HAREC. 10 april 2015 presentator : ON5PDV, Paul

FORMULE BLAD - VERON ZENDCURSUS

9.2 Bepaal de harmonische tijdsfuncties die horen bij deze complexe getallen: U 1 = 3 + 4j V; U 2 = 3e jb/8 V; I 1 =!j + 1 ma; I 2 = 7e!jB/3 ma.

PWM50/3. Dubbele motor sturing. DIGITAAL HANDLEIDING. Motion Control Systems

EN 55011, EN 55022, IEC/EN , IEC , IEC afmetingen (B H D) mm (2 TE) Gewicht kg 0,07

10 kω stappenverzwakker als audio volumeregelaar

Signalen stroom, spanning, weerstand, vermogen AC, DC, effectieve waarde

ISYnet Catalogus. Licht Technology Nederland Droogdokkeneiland SR Tilburg. Tel:

Deel 26:Elektronica in de Fender Telecaster

Geavanceerd EMC Printontwerp

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 26 oktober 2010 van 14:00 tot 17:00 uur

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2016 TOETS APRIL :15 12:15 uur

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW)

P ow er Quality metingen: Harmonischen

ZX- Ronde. Zondag 16 januari The battle of Current returns!!!

Serie 15 - Elektronische dimmer

HERTENTAMEN MEETTECHNIEK (EE1320) Woensdag 24 augustus 2011, 9:00u 12:00u

Actieve filters. 1 Power Quality

Powering van draadloze sensoren

Robuuste TRMS Multimeters, voor het echte veilige veldwerk

STROOMSENSOR 0222I GEBRUIKERSHANDLEIDING

ComfoFan S Handleiding voor de installateur

Deeltentamen Lineaire Schakelingen (EE1300), deel B

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 januari 2008 van 9:00 tot 12:00 uur

Actieve demping helpt nauwkeuriger positioneren

! Dit kernbetrekkingenblad heb ik voor eigen gebruik gemaakt en kan dus incompleet zijn en fouten bevatten! Efficiency

2

1. Langere vraag over de theorie

1786-Guide HUBER 360 MD-NL-VECT.indd 2 16/02/15 15:24

Meet- en Regeltechniek

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (3D020)

Update B van 13 /11/ 2009: in versie A van 3 /11 /2009 fout voeding LM324

Transcriptie:

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

In het kort Piëzo-actuatoren worden in hedendaagse applicaties veel toegepast. Ze zijn in allerlei vormen verkrijgbaar en relatief goedkoop. Er kunnen grote krachten worden geproduceerd bij precieze en kleine bewegingen. Echter het capacitieve karakter, de vereiste hoge spanningen en - stromen maken de aansturing van piëzo-actuatoren lastig. De oplossing voor deze problematiek is het toepassen van vermogensoperationele versterkers. Wij leggen u graag uit hoe!

Over Apex Microtechnolgy Apex Microtechnology (Arizona, USA) is al ruim 35 jaar een wereldleider op het gebied van highpower producten.

Over TOP-electronics TOP-electronics is een technisch gedreven distributeur van electronica modules en componenten met kantoren in de Benelux en in de USA. Productgebieden M2M, Wireless & IoT Precision Analog Motion Control Power Conversion Test & Measurement Componenten (actieve en passieve)

Piëzo-electriciteit Correct uitgesproken als [pijeˈzo elɛktrisiˈtɛit] Betekent elektriciteit als gevolg van druk Lead Zirconate Titanate (PZT)

Energie omzetting Sensor Mechanische energie Elektrische energie Actuator

Piëzo-elektrische componenten Symbool

Piëzo-elektrische componenten Elektrisch equivalent

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

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

Een variëteit aan Piëzo-actuatoren V+ Δr Koepelvormen

Een variëteit aan Piëzo-actuatoren V+ Buigers Δθ

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

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

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

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

Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent

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

Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent C = ε 0 A d

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

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

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?

Vermogenselektronica? 380kV 350A 1600MW

Andere 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.

BETA ( ) - Terugkoppelfactor Summing Point Ri Rf + - Aol Vout Vfb Vout Vin Vin β = Ri Ri + Rf Vfb = β Vout Vout Vin = Aol 1 + Aol β = 1 β (voor Aol β 1)

Aol RATE OF CLOSURE & STABILITEIT 100 80 60 ** * Versterking (db) 40 ** 20 0 1 10 100 1k 10k 100k 1M FREQUENTIE (Hz) * * 20 db/decade Rate of Closure Stabiliteit ** 40 db/decade Rate of Closure Marginale Stabiliteit

CAPACITIEVE BELASTING Rf 120 KLEIN-SIGNAAL RESPONS Ri Unity Gain Stabiele versterker Rout CL OPEN LUS VERSTERKING Aol (db) 100 80 60 40 Extra pool t.g.v. Rout & CL Instabiel 40dB / decade i.c.m. CL Aol Aol i.c.m. CL 1/ß Acl Stabiel Instabiel 20 0 100 1 10 100 1k 10k.1M 1M 10M FREQUENTIE, f(hz)

COMPENSATIE VOOR CAPACITIEVE BELASTING 140 120 KLEIN-SIGNAAL RESPONS Aol RI 1 RI 1/ß RF RF Riso CL OPEN LUS VERSTERKING CF Aol (db) 100 80 60 40 20 0 3 1 10 100 1K 10K.1M 10M FREQUENTIE, f(hz) 2 1 Aangepaste Aol Rn RI RF Cn CL 2 1/ß 3 1/ß VEREIST UNITY-GAIN -STABIELE VERSTERKER CL

NOISE-GAIN COMPENSATIE Ri Rf 120 KLEIN-SIGNAAL RESPONS Vin Rn Cn Ri Rn Cn Rf Rf 1/ß Low F Vout Vout OPEN LOOP GAIN Aol (db) 100 80 60 40 20 0 Rf/Ri fp fz fcl Rf/Rn Rn Cn Vout 1/ß High F (Rn.1Ri) 20 1 10 100 1K 10K.1M 1M 10M FREQUENCY, f(hz) 1/ß V out / V in

Een alternatief circuit voor capacitieve belastingen Voltage Feedback Circuit Improved Howland Current Pump

2. Stromen kunnen groot zijn! Apex is niet zo moeilijk, het komt allemaal neer op: V = I R P = V I Ohm s Law Echter, er is ook: i = C dv dt

Voorbeeld: Aangenomen dat: C L =150nF, puls amplitude=90v, puls stijg-/daaltijd=2us, dan i = C dv dt i = 150 10 9 90 2 10 6 = 6.75A

3. Vermogensverlies Bereken de piekstroom aan de hand van de eerder gegeven formule Beschouw: Het middelpunt van de stijgende en dalende flanken van de puls De voltageverschillen tussen de voedingsspanningen en deze middelpunten Bereken het vermogensverlies tijdens de stijgende puls flank: Pd, r = Vd, r i Bereken het vermogensverlies tijdens de dalende puls flank: Pd, f = Vd, f i Beschouw: De stijg- en daaltijden van de puls: Tr en Tf De frequentie van de puls, Fpulse Bereken het gemiddelde vermogensverlies: Pd, avg = Dit resulteert in een erg conservatieve waarde voor het vermogensverlies (dus: groter dan in praktijk) Pd, r Tr + Pd, f Tf Fpulse

Voorbeeld i = C dv = 150 dt 10 9 90 2 10 6 = 6.75A Middelpunt stijgende flank is +45V, spanningsverschillen zijn Vd,r=150-45=105V en Vd,f=45- -12=57V Pd, r = Vd, r i = 105 6.75 = 708.75W Pd, f = Vd, f i = 57 6.75 = 384.75W Fpulse = 1 T = 40kHz Pd, avg = Pd, r Tr + Pd, f Tf Fpulse = (708.75 2 10 6 + 384.75 90V 45V Tr=2us Tf=2us

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

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

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 _ +

Zijn er vragen? Voor meer informatie kunt u onze websites bezoeken. www.apexanalog.com & www.top-electronics.com Uiteraard kunt u ons ook mailen en bellen voor meer informatie. sales@top-electronics.com +31 180 580 492

Bedankt voor uw aandacht!