收缩驱动器推动运动控制前进

数字设计、缩小的处理器和更高效的开关放大器提供了驱动器，大大提高了性能，在以前的尺寸的一小部分。

当谈到电子产品时，进步不仅仅是性能的问题，而是在更小、更轻、更便宜的设备中实现性能的问题。这是一种趋势，它体现在运动领域，允许原始设备制造商缩小他们的设计，同时提供更强大的结果。与10年或15年前相比，驱动器变得更小、更轻，总体性能也更强了(见图1)。让我们仔细看看这种最先进的技术，看看它对机器制造商意味着什么。

数字驱动器
三个因素主要是尺寸减小的原因:采用集成处理器的数字驱动器的变化，处理器本身尺寸的减小，以及使用高效PWM开关放大器。

从模拟驱动器到数字驱动器的转变是尺寸缩小的一个重要因素，原因有很多。首先，数字驱动器用更少、功能更强的元件取代了模拟设计中的电阻、电容和运放。北美销售副总裁约翰•钱德勒说:“过去，电路板上有上百个元件。Technosoft Inc. (Bevaix，瑞士)。“今天，你有一个组件可以在软件中完成所有的工作。”在软件中增加功能而不是在硬件中增加功能可以使物理包保持小而功能增加。强大的调试技术允许开发人员优化代码以提高效率。

“大多数数字驱动器有某种FPGA，或者在我们的案例中，DSP说：”北美经理John McLaughlin Agees John McLaughlin艾尔摩运动控制（韦斯特福，马萨诸塞州）。“DSP允许制造商利用该设备作为编程和执行所有运动的核心。”

随着半导体行业沿着摩尔定律曲线前进，不仅数字驱动器通过整合组件数量来缩小尺寸，而且处理器本身也在缩小。随着处理器一代一代的发展，它们的外设和设计自由度越来越大，功能也越来越强大，体积也越来越小。因此，驱动器能够以更紧凑的形式完成更多工作(参见图2)。

第三个需要改进的领域是效率。大约30年前，大多数放大器都是线性的，而且效率非常低。最近，放大器制造商已经转向脉宽调制(PWM)驱动器，使用mosfet进行开关。一般来说，PWM驱动将方波电压转换为电流，通过调整方波的占空比和频率来提供所需的电流，使电机按照需要运行。热传递是面积的函数。这意味着，在所有条件都相同的情况下，更小的设备运行时的温度会比同类设备更高。由于热倾向于降低电子元件的寿命，热成为驱动器尺寸减小的限制因素。这就是半导体设计新发展的切入点。

现代半导体的运行温度比以前更高，主要是由于更好的处理和封装。更好的耐热性使设计者能够制造出更小的设备。然而，这只是故事的一部分。就缩小规模而言，提高效率会带来巨大回报。考虑一个以95%效率工作的100w放大器，这意味着它以热量的形式消耗5w的功率。钱德勒说:“比方说，我们想要制造一个只有原来一半大小的放大器，同时保持工作温度不变。”“如果我们能将效率提高到97.5%，我们只会损失2.5 W的热量，所以我们可以将放大器的尺寸削减一半。”

MOSFET通常具有两种不同的损耗机制：导通导电损耗和开关损耗。我们可以想到像开关一样的电阻，其在关闭状态下具有与其相关的标称电阻。这通过称为导通电阻的量或RDS（ON）的数量反映在毫在米兰级别。

切换过程引入了切换损耗。在产生不同电流的方波电压的情况下，我们可以表示功率p，为P = IV = I2R，其中i是电流，V是电压，R是电阻。例如，当器件从零到高电平的电压切换到高电平时，电流同时在同一时间跨度下从一些标称级别下降到零;相反的是。这意味着在极端情况下，我们的电压很大但没有电流 - 而且没有电源 - 或大量电流但没有电压。当电压和电流非零时，在过渡期间出现问题。现在，我们有很多功率 - 以及大量的电力损失。“如果你乘以电压时间的电流，突然间你得到了一些非常高的力量，”钱德勒说。“设备未爆炸的原因是因为这两个状态之间的转换会很快发生，实际上设备正在更快地切换并更快。”切换时间越快，效率越大。

更高的效率带来的回报不止一种。更低的功率损耗意味着更少的散热，这就减少了对散热器和风扇等热管理组件的需求。这反过来又会产生更小、更轻、更便宜的设备。麦克劳克林说:“从散热器开始，以产生较少热量的方式设计产品。”“这是你如何处理电力，以及你如何处理电子设备的效率或低效率。”

设计新的驱动器
分布式控制架构简化了设计并简化了硬件管理。但是，根据应用程序的不同，使用单轴高效组件可能是比多轴组件更好的选择。单轴模块设计与一个共同的pinout给客户的能力，轻松集成驱动器的不同功能。该公司营销经理卡尔•迈耶(Karl Meier)表示:“对于制造不同机器但拥有相同控制板的人来说，一个通用的引脚平台是一个巨大优势。先进的运动控制(贝南加利福尼亚州)。“它们可以在许多不同的平台上节省成本。这是拥有独立模块而不是拥有一个平台的一个优势。它让我们接触到更多的应用，帮助人们真正创造出以前根本不可能的产品和市场机会。”

他认为，这种新的、更高效的动力支持了另一种趋势——向便携式设备的转变。他表示:“市场正从传统的工厂车间用品转向更便携的设备。”“由于小型驱动器能够提供高功率密度的解决方案，由于效率和将要使用的设备的尺寸，它们为便携式电源解决方案做好了准备。大多数市场研究完全忽略了这方面的伺服运动控制业务。”

今天更紧凑，高效率的驱动器允许机器制造商和原始设备制造商建立更有效的解决方案与更小的足迹。通过使用适当的集成级别，设计师可以为他们的客户带来利益，同时加快制造过程和降低成本。这使得紧凑、高效的智能驱动成为一个非常聪明的想法。