Ο βιομηχανικός έλεγχος κίνησης καλύπτει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τον ανεμιστήρα ή τον έλεγχο αντλιών που βασίζεται σε μετατροπέα, μέχρι τον αυτοματισμό του εργοστασίου με πιο εξελιγμένα χειριστήρια κίνησης AC, σε εφαρμογές προηγμένων αυτοματισμού, όπως ρομποτική με σύνθετα σερβοκίνητα στοιχεία ελέγχου. Αυτά τα συστήματα απαιτούν ανίχνευση και ανατροφοδότηση πολλών μεταβλητών, όπως ρεύμα εκκαθάρισης κινητήρα ή τάση, ρεύμα διαύλου DC ή τάση, θέση ρότορα και ταχύτητα. Η επιλογή των μεταβλητών και η απαιτούμενη ακρίβεια μέτρησης εξαρτάται από τις απαιτήσεις τελικής εφαρμογής, την αρχιτεκτονική του συστήματος, το κόστος του συστήματος στόχου ή την πολυπλοκότητα του συστήματος και άλλες εκτιμήσεις, όπως χαρακτηριστικά προστιθέμενης αξίας όπως η παρακολούθηση της κατάστασης. Με τους κινητήρες να καταναλώνουν το 40% της παγκόσμιας ενέργειας, οι διεθνείς κανονισμοί έχουν αυξήσει την εστίαση στην αποτελεσματικότητα του συστήματος μεταξύ των εφαρμογών βιομηχανικής κίνησης, αυξάνοντας τη σημασία αυτών των μεταβλητών, ιδιαίτερα την τρέχουσα και την τάση.
Το παρόν έγγραφο επικεντρώνεται στην ανίχνευση ρεύματος και τάσης σε διάφορες τοπολογίες αλυσίδας σήματος ελέγχου κινητήρα που βασίζονται σε αξιολογήσεις ισχύος κινητήρα, απαιτήσεις απόδοσης του συστήματος και τελικές εφαρμογές. Σε αυτή την περίπτωση, η υλοποίηση της αλυσίδας σήματος ελέγχου κινητήρα ποικίλλει ανάλογα με την επιλογή των αισθητήρων, τις απαιτήσεις απομόνωσης ρεύματος, την επιλογή αναλογικού προς ψηφιακό μετατροπέα (ADC), την ολοκλήρωση του συστήματος και την ισχύ του συστήματος και την κατανομή του εδάφους.
Εύρος εφαρμογών βιομηχανικών κινήσεων
Οι εφαρμογές ελέγχου κινητήρα κυμαίνονται από απλούς μετατροπείς έως σύνθετες μονάδες σερβο, αλλά όλα περιλαμβάνουν συστήματα ελέγχου κινητήρα με στάδια ισχύος και επεξεργαστές που οδηγούν τις μονάδες διαμορφωτή πλάτους παλμού (PWM) με ποικίλα επίπεδα ανίχνευσης και ανατροφοδότησης. Μια απλοποιημένη προβολή του εύρους εφαρμογών παρουσιάζεται στο σχήμα 1, που απεικονίζουν συστήματα που γίνονται όλο και πιο πολύπλοκα καθώς κινείται από αριστερά προς τα δεξιά, από απλά συστήματα ελέγχου, όπως αντλίες, ανεμιστήρες και συμπιεστές, σε συστήματα που μπορούν να εφαρμοστούν χωρίς την ανάγκη για ακριβή ανατροφοδότηση, χρησιμοποιώντας μόνο απλούς μικροεπεξεργαστές. Καθώς η πολυπλοκότητα του συστήματος αυξάνεται προς το υψηλότερο άκρο του φάσματος, τα σύνθετα συστήματα ελέγχου απαιτούν ακριβή ανατροφοδότηση και γρήγορες διεπαφές επικοινωνίας. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τον αισθητήρα ή τον αισθητήρα που ελέγχει τον φορέα των επαγωγής ή τους μόνιμους κινητήρες μαγνήτη, καθώς και τις βιομηχανικές κινήσεις υψηλής ισχύος που έχουν σχεδιαστεί για αποτελεσματικότητα-όπως οι μεγάλες αντλίες, οι ανεμιστήρες και οι συμπιεστές που φαίνονται στο σχήμα 1 στο επάνω άκρο του φάσματος, οι εκλεπτυσμένες σερβοκίνοι χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπως ρομπότ, μηχανήματα και pick-and-place machines. Καθώς τα συστήματα γίνονται πιο πολύπλοκα, η ανίχνευση και η ανατροφοδότηση των μεταβλητών καθίστανται πιο σημαντικές.
Εικόνα 1. Εφαρμογή των εφαρμογών βιομηχανικών κινήσεων.
Αρχιτεκτονική οδήγησης - Διαχωρισμός συστήματος
Υπάρχουν πολλές προκλήσεις στο σχεδιασμό συστημάτων για την αντιμετώπιση ενός ευρέος φάσματος εφαρμογών στον έλεγχο της βιομηχανικής κίνησης. Η αλυσίδα σήματος ελέγχου κινητήρα γενικής χρήσης φαίνεται στο σχήμα 2.
Εικόνα 2. Γενικευμένη αλυσίδα σήματος ελέγχου κινητήρα
Το βασικό ζήτημα είναι οι απαιτήσεις απομόνωσης, οι οποίες συχνά έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην τελική τοπολογία και την αρχιτεκτονική. Υπάρχουν δύο βασικοί παράγοντες που πρέπει να εξεταστούν: γιατί να απομονώσετε και να απομονώσετε.
Η ταξινόμηση της απαιτούμενης απομόνωσης θα καθοριστεί από την πρώτη. Οι απαιτήσεις μπορούν να είναι η απομόνωση ασφαλείας υψηλής τάσης (SELV) για την προστασία από ανθρωπογενή ηλεκτροπληξία ή τη λειτουργική απομόνωση για μετατόπιση επιπέδων μεταξύ των μη θανατηφόρων τάσεων ή της απομόνωσης για την ακεραιότητα των δεδομένων και τους σκοπούς μετριασμού του θορύβου. Η θέση της απομόνωσης καθορίζεται συνήθως από την αναμενόμενη απόδοση του συστήματος. Ο έλεγχος του κινητήρα είναι συνήθως ένα σκληρό ηλεκτρικά θορυβώδες περιβάλλον και τα σχέδια συνήθως συναντούν μεγάλες τάσεις κοινής λειτουργίας αρκετών εκατοντάδων βολτ, ενδεχομένως μεταβαλλόμενη σε συχνότητες πάνω από 20 kHz, με πολύ υψηλούς μεταβατικούς χρόνους ανόδου DV/DT. Για το λόγο αυτό, είναι κοινό να απομονωθεί το στάδιο ισχύος από το στάδιο του ελέγχου, τόσο σε συστήματα υψηλής απόδοσης όσο και σε συστήματα όπου η υψηλή ισχύς είναι εγγενώς θορυβώδης. Το αν ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί μια προσέγγιση ενός επεξεργαστή ή διπλής επεξεργασίας επηρεάζει επίσης τη θέση απομόνωσης. Σε χαμηλότερα συστήματα απόδοσης με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, η απομόνωση βρίσκεται συνήθως στη διεπαφή ψηφιακής επικοινωνίας, πράγμα που σημαίνει ότι τα στάδια ισχύος και ελέγχου έχουν το ίδιο δυναμικό. Τα συστήματα χαμηλής τεχνολογίας διαθέτουν διεπαφές επικοινωνίας χαμηλότερου εύρους ζώνης για απομόνωση. Παραδοσιακά, η απομόνωση των διεπαφών επικοινωνίας σε συστήματα υψηλής τεχνολογίας έχει προκληθεί λόγω του υψηλού εύρους ζώνης και των περιορισμών που απαιτούνται από τις παραδοσιακές τεχνικές απομόνωσης, αλλά αυτό αλλάζει με την εμφάνιση μαγνητικά απομονωμένων δοχείων και Rs {{9} προϊόντων πομποδέκτη.
Δύο βασικά στοιχεία σε ένα σχεδιασμό ελέγχου κινητήρα κλειστού βρόχου υψηλής απόδοσης είναι η έξοδος διαμορφωτή PWM και η ανατροφοδότηση ρεύματος κινητικής φάσης. Τα Σχήματα 3Α και 3Β απεικονίζουν πού απαιτείται ασφαλής απομόνωση, ανάλογα με το αν το στάδιο ελέγχου μοιράζεται το ίδιο δυναμικό με το στάδιο ισχύος ή αναφέρεται στη γη. Και στις δύο περιπτώσεις, απαιτείται απομόνωση του οδηγού υψηλής πύλης και των κόμβων ανίχνευσης ρεύματος, αλλά σε διαφορετικά επίπεδα απομόνωσης - στο Σχήμα 3Α, απαιτείται μόνο λειτουργική απομόνωση αυτών των κόμβων, ενώ στο Σχήμα 3Β, η φυσική ασφάλεια (δηλαδή το ρεύμα) απομόνωση αυτών των κόμβων είναι κρίσιμη.
Εικόνα 3Α. Στάδιο ελέγχου με στάδιο ισχύος ως αναφορά
Τεχνικές μέτρησης και τοπολογίες για ανίχνευση ρεύματος και τάσης
Οι υλοποιήσεις αλυσίδας σήματος για ανίχνευση ρεύματος και τάσης ποικίλλουν ανάλογα με την επιλογή του μορφοτροπέα, τις απαιτήσεις απομόνωσης ρεύματος, την επιλογή ADC και την ολοκλήρωση του συστήματος, καθώς και την κατανομή του συστήματος και την κατανομή του εδάφους, όπως περιγράφηκε προηγουμένως. Η πραγματοποίηση της προετοιμασίας σήματος για μετρήσεις υψηλής πιστότητας δεν είναι εύκολη εργασία. Για παράδειγμα, η ανάκτηση μικρών σημάτων ή η μετάδοση ψηφιακών σημάτων σε τέτοια θορυβώδη περιβάλλοντα είναι προκλητική, ενώ η απομόνωση αναλογικών σημάτων είναι ακόμη πιο προκλητική. Σε πολλές περιπτώσεις, τα κυκλώματα απομόνωσης σήματος εισάγουν καθυστερήσεις φάσης που μπορούν να περιορίσουν τη δυναμική απόδοση του συστήματος. Η ανίχνευση ρεύματος φάσης είναι ιδιαίτερα προκλητική, επειδή αυτός ο κόμβος συνδέεται με τον ίδιο κόμβο κυκλώματος με τις εξόδους του οδηγού πύλης στο κέντρο του σταδίου ισχύος (μονάδα μετατροπέα) και επομένως έχει τις ίδιες απαιτήσεις όσον αφορά την απομόνωση της τάσης και των μεταβατικών μεταβολών. Ο προσδιορισμός της αλυσίδας σήματος μέτρησης (τεχνολογία, προετοιμασία σήματος και ADC) που πρέπει να εφαρμοστεί στο σύστημα ελέγχου κινητήρα εξαρτάται από τρεις βασικούς παράγοντες:
Το σημείο ή ο κόμβος στο σύστημα, καθώς αυτό καθορίζει τι πρέπει να μετρηθεί.
Το επίπεδο ισχύος του κινητήρα και η προκύπτουσα επιλογή αισθητήρα - είτε είναι εγγενώς απομονωμένο είτε όχι. Η επιλογή του αισθητήρα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην επιλογή του ADC, συμπεριλαμβανομένης της αρχιτεκτονικής, της λειτουργικότητας και της αναλογικής περιοχής.
Η τελική εφαρμογή. Αυτό μπορεί να οδηγήσει την ανάγκη υψηλής ανάλυσης, υψηλής ακρίβειας ή ταχύτητας στην αλυσίδα σήματος ανίχνευσης. Για παράδειγμα, η εφαρμογή του ελέγχου χωρίς αισθητήρα σε ένα ευρύτερο εύρος ταχύτητας απαιτεί περισσότερες μετρήσεις συχνότερα και υψηλότερη ακρίβεια. Η τελική εφαρμογή επηρεάζει επίσης την ανάγκη για λειτουργικότητα ADC. Για παράδειγμα, ο έλεγχος πολλαπλών αξόνων μπορεί να απαιτεί υψηλότερο αριθμό καναλιών ADC.
Αισθητήρες ρεύματος και τάσης
Οι πιο συνηθισμένοι αισθητήρες ρεύματος που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο του κινητήρα είναι οι αντιστάσεις διακλάδωσης, οι αισθητήρες Hall Effect (HE) και οι μετασχηματιστές ρεύματος (CTS). Παρόλο που οι αντιστάσεις διακλάδωσης δεν παρέχουν απομόνωση και απώλειες σε υψηλότερα ρεύματα, είναι τα πιο γραμμικά όλων των αισθητήρων, έχουν το χαμηλότερο κόστος και είναι κατάλληλες για μετρήσεις AC και DC. Το μειωμένο επίπεδο σήματος που απαιτείται για τον περιορισμό των απώλειων ισχύος διακλάδωσης περιορίζει τυπικά τις εφαρμογές διακλάδωσης σε 50 Α ή λιγότερο. CT και οι αισθητήρες παρέχουν εγγενή απομόνωση που τους επιτρέπει να εξυπηρετούν συστήματα υψηλού ρεύματος, αλλά επειδή οι ίδιοι οι αισθητήρες έχουν κακή αρχική ακρίβεια ή κακή ακρίβεια σε σχέση με τις θερμοκρασίες, είναι πιο δαπανηρές και οδηγούν σε μια λύση λιγότερο ακριβή από εκείνη που μπορεί να επιτευχθεί με αντίσταση παρακέντησης.
Τοποθεσίες μέτρησης ρεύματος κινητήρα και τοπολογίες
Εκτός από τον τύπο του αισθητήρα, διατίθενται αρκετοί κόμβοι μέτρησης ρεύματος κινητήρα. Το μέσο ρεύμα διαύλου DC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σκοπούς ελέγχου, αλλά σε πιο προχωρημένους δίσκους, το ρεύμα περιέλιξης του κινητήρα χρησιμοποιείται ως κύρια μεταβλητή ανάδρασης. Η μέτρηση ρεύματος περιστροφής άμεσης φάσης είναι ιδανική για συστήματα υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, τα ρεύματα περιέλιξης μπορούν να μετρηθούν έμμεσα χρησιμοποιώντας αποκλίνουσες σε κάθε χαμηλότερο κλάδο του μετατροπέα ή μία μόνο διακλάδωση στο λεωφορείο DC. Αυτές οι μέθοδοι έχουν το πλεονέκτημα ότι τα σήματα διακλάδωσης αναφέρονται όλα στο κοινό τροφοδοτικό, αλλά η εξαγωγή του ρεύματος περιέλιξης από τον σύνδεσμο DC απαιτεί συγχρονισμό των δειγμάτων στους διακόπτες PWM. Οι μετρήσεις ρεύματος διαδρομής άμεσης φάσης μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε από τις παραπάνω τεχνικές ανίχνευσης ρεύματος, αλλά το σήμα αντίστασης της διακλάδωσης πρέπει να απομονωθεί. Ένας υψηλός ενισχυτής κοινής λειτουργίας μπορεί να παρέχει λειτουργική απομόνωση, αλλά η απομόνωση της ανθρώπινης ασφάλειας πρέπει να παρέχεται από ενισχυτή απομόνωσης ή διαμορφωτή απομόνωσης.
Το σχήμα 4 δείχνει τις διάφορες επιλογές ανατροφοδότησης που περιγράφονται παραπάνω. Παρόλο που απαιτείται μόνο μία από αυτές τις επιλογές για την ανατροφοδότηση ελέγχου, το σήμα ρεύματος διαύλου DC μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σήμα δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας για προστασία.
Εικ. 4. Απομονωμένα και μη απομονωμένα σχόλια ρεύματος κινητήρα
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η κατανομή του συστήματος και η κατανομή του εδάφους θα καθορίσουν την απαιτούμενη ταξινόμηση απομόνωσης και επομένως οι επιλογές ανάδρασης είναι κατάλληλες. Η απόδοση στόχου του συστήματος θα επηρεάσει επίσης την επιλογή της τεχνικής αισθητήρα ή μέτρησης. Υπάρχουν πολλές διαμορφώσεις που μπορούν να πραγματοποιηθούν εντός του εύρους επιδόσεων.
Παράδειγμα χαμηλότερης απόδοσης: Στάδια ισχύος και ελέγχου στις κοινές δυνατότητες, Επιλογές ανίχνευσης Α ή Β
Η χρήση των αποκλίσεων των ποδιών είναι μία από τις πιο οικονομικέςδηλαδήchniques για τη μέτρηση του ρεύματος κινητήρα. Σε αυτό το παράδειγμα, όπου το στάδιο ισχύος μοιράζεται το ίδιο potenτζάδιAL ως στάδιο ελέγχου, δεν υπάρχει κοινή λειτουργία που πρέπει να αντιμετωπιστεί και οι εξόδους από την επιλογή Α ή Β μπορούν να συνδεθούν απευθείας με το κύκλωμα κλιματισμού σήματος και το ADC. Αυτός ο τύπος τοπολογίας θα βρεθεί γενικά σε χαμηλή ισχύ και χαμηλή PErfΣύστημα Ormance με το ADC ενσωματωμένο στον μικροεπεξεργαστή.
Παράδειγμα υψηλότερης απόδοσης: Στάδιο ελέγχου που συνδέεται με τη γη, ανίχνευση επιλογής C, D ή E
Σε αυτό το παράδειγμα, απαιτείται απομόνωση για την ασφάλεια της ανθρώπινης ασφάλειας. Οι επιλογές ανίχνευσης C, D και E είναι όλες δυνατές. Η επιλογή e παρέχει το υψηλότερο ποιοτικό ρεύμα feedbκηλίδαK και των τριών επιλογών και, είναι ένα σύστημα υψηλότερης απόδοσης, είναι πιθανό ότι υπάρχει έναFPGAή άλλη μορφή επεξεργασίας στο σύστημα που μπορεί να παρέχει το ψηφιακό φίλτρο για το απομονωμένο σήμα διαμορφωτή. Η επιλογή ADC για την επιλογή C, ο απομονωμένος αισθητήρας (πιθανώς κλειστός βρόχος), θα ήταν παραδοσιακά διακριτό για να επιτευχθεί υψηλότερη απόδοση από αυτή που είναι δυνατόν με ενσωματωμένες προσφορές ADC μέχρι σήμερα. Η επιλογή D είναι ένας απομονωμένος ενισχυτής σε αυτή τη διαμόρφωση, έναντι ενισχυτή κοινής λειτουργίας, όπως απαιτείται απομόνωση ασφαλείας. Ένας απομονωμένος ενισχυτής θα περιορίσει την απόδοση και επομένως μπορεί να αρκεί μια ενσωματωμένη λύση ADC. Αυτό θα παρέχει τη χαμηλότερη ανατροφοδότηση ρεύματος πιστότητας σε σύγκριση με τις επιλογές C ή E και ενώ ένα ενσωματωμένο ADC μπορεί να θεωρηθεί ως "ελεύθερη" και ο απομονωμένος ενισχυτής δυνητικά "φθηνός", η εφαρμογή συνήθως απαιτεί πρόσθετα εξαρτήματα για αντιστάθμιση αντιστάθμισης και μετατόπιση επιπέδου για την αντιστοίχιση της περιοχής εισόδου ADC, αυξάνοντας το συνολικό κόστος της αλυσίδας σήματος.
Υπάρχουν πολλές τοπολογίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό ελέγχου κινητήρα για να αισθανθούν το ρεύμα κινητήρα με πολλά factoRsνα εξετάσει όπως το κόστος, το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο απόδοσης. Ένας βασικός στόχος για τους περισσότερους σχεδιαστές συστημάτων είναι να βελτιωθεί η τρέχουσα ανατροφοδότηση Sense προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα στους στόχους κόστους τους. Για εφαρμογές υψηλότερου τελικού, η τρέχουσα ανατροφοδότηση είναι κρίσιμη για άλλα μέτρα απόδοσης του συστήματος, όπως η δυναμική απόκριση, ο ακουστικός θόρυβος ή η κυματομορφή ροπής, όχι μόνο η αποτελεσματικότητα. Είναι προφανές ότι υπάρχει μια συνεχής απόδοση που τρέχει από χαμηλό σε υψηλό ACερυθροκύτταροείναι οι διάφορες τοπολογίες AVΌλα συμπεριλαμβάνονταιLable και αυτό είναι χονδροειδώς χαρτογραφημένο στο σχήμα 5 που απεικονίζει τόσο χαμηλότερη ισχύ όσο και υψηλότερες επιλογές ενέργειας.
Εικόνα 5.
Στόχοι, ανάγκες και προκύπτουσες τάσεις για σχεδιαστές συστήματος ελέγχου κινητήρα: Μεταναστεύοντας από τους αισθητήρες HE σε αντιστάσεις παρακέντησης
Οι αντιστάσεις διακλάδωσης σε συνδυασμό με απομονωμένους διαμορφωτές Sigma-Delta παρέχουν την ανατροφοδότηση ρεύματος υψηλότερης ποιότητας, όπου το τρέχον επίπεδο είναι αρκετά χαμηλό για τη χρήση της διακλάδωσης. Υπάρχει μια σημαντική τάση μεταξύ των σχεδιαστών συστημάτων να μεταναστεύσουν από τους αισθητήρες HE σε αντιστάσεις παρακέντησης και μια άλλη τάση για να μετακινηθεί σε μια απομονωμένη προσέγγιση διαμορφωτή και όχι σε μια απομονωμένη προσέγγιση ενισχυτή. Η αντικατάσταση μόνο του αισθητήρα μειώνει το κόστος των υλικών (BOM) και της εισαγωγής PCB και βελτιώνει την ακρίβεια του αισθητήρα. Οι αντιστάσεις διακλάδωσης δεν είναι ευαίσθητες σε μαγνητικά πεδία ή μηχανικούς δόνηση. Συχνά, οι σχεδιαστές συστημάτων που αντικαθιστούν τους αισθητήρες HE με αντιστάσεις διακλάδωσης μπορούν να επιλέξουν έναν ενισχυτή απομόνωσης και να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν το ADC που χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως στα σχέδια που βασίζονται σε αισθητήρες για να περιορίσουν το επίπεδο μεταβολής της αλυσίδας σήματος. Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η απόδοση του ενισχυτή απομόνωσης θα είναι περιορισμένη ανεξάρτητα από την απόδοση της ADC.
Περαιτέρω αντικατάσταση του ενισχυτή απομόνωσης και του ADC με έναν απομονωμένο διαμορφωτή Sigma-Delta θα εξαλείψει την συμφόρηση της απόδοσης και θα βελτιώσει σημαντικά το σχεδιασμό, αλλάζοντας τυπικά το 9- σε 10- bit ποιότητας ανάδρασης σε 12- επίπεδα δυαδικών ψηφίων. Τα κυκλώματα αναλογικής προστασίας (OCP) μπορούν επίσης να εξαλειφθούν, καθώς τα ψηφιακά φίλτρα που απαιτούνται για την επεξεργασία των εξόδων διαμορφωτή Sigma-Delta μπορούν επίσης να διαμορφωθούν ώστε να επιτρέπουν γρήγορους βρόχους OCP. Επομένως, οποιαδήποτε ανάλυση BOM θα πρέπει να περιλαμβάνει όχι μόνο τους ενισχυτές απομόνωσης, τις ακατέργαστες ADCs και την κλιματισμό του σήματος μεταξύ τους, αλλά και τις συσκευές OCP που μπορούν να εξαλειφθούν. Το AD7401A απομονωμένο σ-Δ διαμορφωτή βασίζεται στην τεχνολογία ζεύγους Adi και έχει ένα εύρος διαφορικής εισόδου ± 250 mV (± 320 mV πλήρης κλίμακα που χρησιμοποιείται τυπικά για OCP), το οποίο είναι καλά για να αντιστρέψει το sustive. Οι αναλογικές εισόδους λαμβάνονται συνεχώς δειγματοληπτικά από τον αναλογικό διαμορφωτή και οι πληροφορίες εισόδου περιέχονται στο ρεύμα ψηφιακής εξόδου με πυκνότητα έως 20 MHz. Οι ακατέργαστες πληροφορίες μπορούν να ανακατασκευαστούν με ένα κατάλληλο ψηφιακό φίλτρο, συνήθως ένα SINC.®3 για μετρήσεις ρεύματος ακριβείας. Δεδομένου ότι η απόδοση της μετατροπής μπορεί να διαπραγματευτεί έναντι της καθυστέρησης του εύρους ζώνης ή της τράπεζας φίλτρου, πιο χοντρό, ταχύτερα φίλτρα μπορούν να παρέχουν γρήγορη απόκριση OCPs της τάξης των 2 μs, ιδανικό για προστασία IGBT.
Απαιτείται μείωση του μεγέθους αντίστασης
Από την πλευρά της μέτρησης του σήματος, υπάρχουν ορισμένες βασικές προκλήσεις στην επιλογή αντίστασης διακλάδωσης, καθώς υπάρχει συμβιβασμός μεταξύ της ευαισθησίας και της κατανάλωσης ενέργειας. Οι μεγαλύτερες τιμές αντίστασης θα διασφαλίσουν ότι χρησιμοποιείται το πλήρες εύρος του διαμορφωτή Sigma-Delta ή όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του εύρους αναλογικής εισόδου, μεγιστοποιώντας έτσι τη δυναμική περιοχή. Ωστόσο, οι μεγαλύτερες τιμές αντίστασης θα οδηγήσουν επίσης σε πτώση τάσης και μειωμένη απόδοση λόγω της απώλειας × R της αντίστασης I2. Η επίτευξη της μη γραμμικότητας μέσω των αυτοθεραπευτικών αποτελεσμάτων μπορεί επίσης να αποτελέσει πρόκληση όταν χρησιμοποιούμε μεγαλύτερες αντιστάσεις. Ως αποτέλεσμα, οι σχεδιαστές συστημάτων αντιμετωπίζουν συμβιβασμούς, οι οποίες επιδεινώνονται περαιτέρω από την κοινή ανάγκη να επιλέξουν μεγέθη διακλάδωσης που μπορούν να εξυπηρετήσουν πολλά μοντέλα και κινητήρες σε διαφορετικά τρέχοντα επίπεδα. Η διατήρηση της δυναμικής εμβέλειας είναι επίσης προκλητική μπροστά στα κορυφαία ρεύματα που μπορεί να είναι αρκετές φορές το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα και η ανάγκη να καταγράψει αξιόπιστα και τα δύο. Η δυνατότητα ελέγχου του ρεύματος αιχμής όταν το σύστημα ενεργοποιείται ποικίλλει ανάλογα με το σχεδιασμό, από στενά ελεγχόμενο (π.χ. 30% πάνω από το ονομαστικό) έως και 10 φορές ονομαστική. Τα ρεύματα αιχμής προκαλούνται επίσης από επιτάχυνση και φορτίο ή μεταβολές ροπής. Ωστόσο, στα σχέδια κίνησης, τα κορυφαία ρεύματα σε ένα σύστημα είναι συνήθως τέσσερις φορές το ονομαστικό ρεύμα.
Αντιμέτωποι με αυτές τις προκλήσεις, οι σχεδιαστές συστημάτων αναζητούν ανώτερους διαμορφωτές Sigma-Delta με ευρύτερο δυναμικό εύρος ή βελτιωμένο λόγο σήματος προς θόρυβο και παραμόρφωσης (SINAD). Μέχρι σήμερα, τα απομονωμένα προϊόντα διαμορφωτή σ-δ προσφέρουν εγγυημένη απόδοση με 16- ανάλυση bit και έως και 12 αποτελεσματικά bits (ENOB).
Sinad=(6.02 n + 1. 76) db όπου n=eNOB
Με τη μετακίνηση σε αντιστάσεις παρακέντησης σε οδηγούς χαμηλής ισχύος, οι κατασκευαστές οδηγών κινητήρα προσπαθούν επίσης να αυξήσουν την βαθμολογία ενέργειας των οδηγών τους, μια τοπολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για λόγους απόδοσης και κόστους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο χρησιμοποιώντας πολύ μικρότερες αντιστάσεις διακλάδωσης, γεγονός που απαιτεί την εμφάνιση πυρήνων διαμορφωτή υψηλότερης απόδοσης για την επίλυση του μειωμένου πλάτους σήματος.
Οι σχεδιαστές συστημάτων, ειδικά οι σερβοκοινοί σχεδιαστές, επιδιώκουν επίσης συνεχώς να βελτιώνουν την ανταπόκριση του συστήματος, μειώνοντας τους χρόνους μετατροπής αναλογικών προς ψηφιακό ή μειώνοντας την καθυστέρηση της ομάδας μέσω ψηφιακών φίλτρων που σχετίζονται με απομονωμένους διαμορφωτή Sigma-Delta και τοπολογίες αντίστασης διακλάδωσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η απόδοση της μετατροπής μπορεί να διαπραγματευτεί έναντι της καθυστέρησης της ομάδας εύρους ζώνης ή της ομάδας φίλτρου. Χαμηλότερα, ταχύτερα φίλτρα μπορούν να παρέχουν ταχύτερη ανταπόκριση, αλλά σε βάρος της απόδοσης. Ο σχεδιαστής του συστήματος αναλύει την επίδραση του μήκους του φίλτρου ή του ρυθμού εκχύλισης και στη συνέχεια καθιστά τις συμφωνίες με βάση τις ανάγκες της τελικής του εφαρμογής. Η αύξηση του ρυθμού ρολογιού του διαμορφωτή θα βοηθούσε, αλλά πολλοί σχεδιαστές ήδη λειτουργούν με το μέγιστο ρυθμό ρολογιού των 20 MHz αποδεκτό για το AD7401A. Ένα από τα μειονεκτήματα της αύξησης του ρυθμού ρολογιού είναι η πιθανότητα επιδράσεων ακτινοβολίας και παρεμβολής (EMI). Ένας διαμορφωτής υψηλότερης απόδοσης με τον ίδιο ρυθμό ρολογιού θα βελτιώσει την καθυστέρηση της ομάδας σε σχέση με το εμπόριο απόδοσης, με αποτέλεσμα μικρότερους χρόνους απόκρισης, ελαχιστοποιώντας την επίδραση στην απόδοση.