Hoe een PCB werkt in een industriële elektrische actuator

De besturing van een actuator is gebaseerd op een Integrated Controller of H-brug, die de polariteit van de spanning naar de DC-motor verandert. Hier kun je profiteren van schakeling met lage stroomsterkte, omdat een hoog digitaal signaal van slechts enkele mA ervoor zorgt dat de actuator werkt.

De geïntegreerde H-brug opent een verscheidenheid aan besturingsopties vanaf de printplaat, zoals snelheid en aan/uitloop.

Dit is de H-brug en in het midden bevindt zich de voedingsaansluiting naar de plus- en minklemmen van de motor. Aan de boven- en onderzijde van de H-brug zijn vier schakelaars, in dit geval transistoren, aangesloten op de voeding. Deze transistors vervangen de functionaliteit van mechanische relais. De H-brug bestuurt op betrekkelijk eenvoudige wijze de in- en uitgaande bewegingen van een actuator. Wanneer de stroom is ingeschakeld, moeten twee van de transistoren worden geactiveerd om de stroom diagonaal – voorbij de motoraansluiting – te laten stromen, waardoor de motor in één richting draait. Om van richting te veranderen, moet de stroom worden gewijzigd door de twee eerder geactiveerde transistoren te deactiveren en de andere twee te activeren.

De positie van een actuator is een van de belangrijkste dingen die je moet weten over actuatoren. De fysieke positie van een lineaire actuator die wordt bestuurd door een PCB, is gebaseerd op Hall-effectsensors, die het aantal pulsen per spindelomwenteling tellen.

Traditioneel werden aan elk uiteinde van de spindel elektrische schakelaars gemonteerd die het positioneringssysteem kalibreerden telkens wanneer een fysieke eindstop werd bereikt. Om een betrouwbare positiefeedback vanaf de actuator te garanderen, was het noodzakelijk om minstens één van deze eindstopschakelaars regelmatig te laten activeren. Als dit niet het geval was, kon de positiefeedback na verloop van tijd afwijken als gevolg van het feit dat Hall-pulsen op de encoder werden gemist, voornamelijk wanneer de stroom werd uitgeschakeld.

Vanwege deze beperking kon een toepassing waarbij de actuator geen gebruik maakte van de volledige slag, na verloop van tijd leiden tot onnauwkeurige positiefeedback.

Een nieuw initialisatieprincipe, ontwikkeld door LINAK^®, heeft de manier veranderd waarop lineaire beweging kan worden geïnitialiseerd. Het maakt gebruik van een kleine magneet die in de spindelmoer is gemonteerd en die langs twee Hall-sensors op de printplaat van de actuator beweegt, die zich vroeg in de slaglengte op het zogenaamde 'nulpunt' bevinden. De kunststof reageren wanneer de magneet in de spindelmoer passeert, waarbij twee Hall-signalen worden gecreëerd. De microprocessor controleert het snijpunt van de twee magnetische velden en gebruikt het snijpunt als referentiepunt voor de initialisatie.

Een aantal PCB-functies helpt bij het beschermen van de machine die draait met een industriële actuator van LINAK^®. Een pulssignaal zorgt ervoor dat de elektronica goed werkt, en de zachte start/ stop vermindert de mechanische spanning op de machine en de actuator. Deze functie wordt bestuurd door verhoging van een PWM-motorbesturingssignaal en werkt hetzelfde als het geleidelijk vrijgeven van de koppeling in een auto.

Meting van stroom en temperatuur beschermt de elektronica van de PCB en zorgt voor een betrouwbare actuatorprestatie. Een microcontroller meet de elektrische stroom die door de H-brug stroomt, en schakelt de voeding uit als de elektrische stroom een vooraf gedefinieerd niveau bereikt. Sensors bewaken zowel de temperatuur van de H-brug als de omgevingstemperatuur binnen in de actuatorbehuizing en stoppen de werking voordat de warmte niveaus bereikt die schade kunnen toebrengen.

Voor EMC-bescherming is de PCB van de actuator uitgerust met een load dump-functie en een polariteitsbeveiliging. Het niveau van de load dump voor industriële actuatoren van LINAK is vooraf gedefinieerd op 45 Volt. Indien een spanningspiek dit niveau overschrijdt, wordt de PCB uitgeschakeld. Beveiliging van de polariteit zorgt ervoor dat de actuator niet wordt beschadigd voor het geval de stroomdraden verkeerd worden aangesloten.