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オペアンプ: 産業用コントロールの精度に対するアプリケーションのニーズ

著者:  Keith Spence  - 08-07-2019 

産業機能の電子制御の発展は、機器の位置、角度、および回転を測定し、正確に制御する能力を必要とします。組立ロボット、サーフェスアクチュエータ、およびバルブアクチュエータなど、これらのアプリケーションは、より高品質の完成品を提供するだけでなく、過酷な環境から作業者を不要にすることで人間の安全性を向上させる可能性を有しています。

 

歴史的には純粋に機械的であったアプリケーションが、現在、機械と電気のハイブリッドシステムに移行しているため、機械的な産業用機器が動作しなければならない幅広い条件が課題をもたらしています。産業用の集積回路がその機能を有効にするためには、環境条件の広い変動における精度が絶対的な要件となります。これらの新しいシステムは、それらが置き換える機械的システムと同じ環境で、同等以上の信頼性で動作しなければなりません。

機械システムを考えるとき、最初に考えることはモーションです。何かを回転させ、上下左右に動かす必要があります。デジタル制御を使用して実世界のモーションを作る際の重要な要素はレゾルバです。レゾルバは、システムのモーションを制御します。レゾルバを駆動する鍵となる半導体デバイスはオペアンプです。このような要件の一例は、以下に示すレゾルバ回路(図1)で、産業用ロボットアームのような用途に使用することができます。この例では、信号はオペアンプに渡され、レゾルバを駆動して産業用ロボットのアームを回転させます。

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正確な動き、回転角度、または直線運動の測定のための要件は、精度を必要とするだけでなく、時間と温度の両方にわたる一貫性も必要です。プロセスコントローラによって開始される入力が、世界的な工場の場所に関係なく、すべての極端な環境で同じ動きをもたらすことが重要です。また、出荷初日から一貫した動きをし、10年を超える産業ライフサイクルの期間を通じて、一貫した動きを続けることも重要です。

オン・セミコンダクターでは、NCS21911、NCV21911の2種類の高精度オペアンプを提供しています。これらは、幅広い温度範囲(-40℃~125℃)で確実な性能の要件を満足し、産業市場で要求される長年にわたる動作でその性能を維持するという点で、最適な選択肢です。温度に対する高精度入力オフセット電圧および高精度入力オフセット電圧ドリフトの仕様は、多くの分野で産業用ロボットのアプリケーションをサポートしています。よく知られているものは自動車の製造です。使用される革新的な技術はゼロドリフトであり、ほとんどのオペアンプの性能は、温度変化により、また製品の経年により異なります。ゼロドリフトの革新は、内部でオペアンプが性能ドリフトを自己補正することです。温度に対する非常に低いオフセットドリフトを達成するために使用される同じゼロドリフト技術は、時間に対する入力オフセット電圧ドリフトも補正します。表1を参照してください。

表1:NCV21911

産業用システムの設計者は、北極圏での石油やガスの探査から熱帯のパナマ運河上の安全な通過に至るまでの、極端な環境条件で動作する必要があるシステムの設計を課せられています。NCS(V)21911のゼロドリフト技術の目標は、以前にシステム設計者によって修正する必要があった環境の変化を自己補正することで、設計者の仕事をより容易にすることです。これと同じ技術は、航空、自動車重量計などの付加的なアプリケーションに適用され、各々に多くの利益をもたらしています。

詳細については、「Zero-Drift Precision Op Amps: Advantages and Limitations of the Chopper-Stabilized Architecture(ゼロドリフト高精度オペアンプ:チョッパー安定化アーキテクチャの利点と制限事項)」をご覧ください。 また、当社の「インダストリアルパワー&モーション」のソリューションの詳細をご覧ください。

Tags:Industrial, Automotive
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