שיקולים בבחירת מגבר (דרייבר)

מגברים (דרייברים) מהווים חלק חשוב ממערכות בקרה והינע, ומשמשים כחולייה המקשרת בין בקרי התנועה (Motion Controllers/PLCs) ליחידות ההנעה. מטרתם של המגברים היא להמיר אותות דיגיטליים או אנלוגיים ברמות נמוכות — שמגיעים מבקרה עילית כלשהי — לאנרגיה בדמות זרם ומתח שנחוצים להפעלת מערכות ממונעות.

במערכות בקרת הינע, בקר התנועה מחשב ומגדיר את אופן פעולת המערכת, ושולח אותות למגבר אשר יודע לתרגמן למתחים וזרמים הדרושים בכדי להאיץ או להאיט את המנועים תוך התחשבות בעומס. ניתן לדמיין את הבקר כ"מוח" של המערכת, ואת המגבר כ"שריר" אשר מתרגם את הפקודות לכוח פיזי.

בשוק המגברים קיימות טכנולוגיות שונות שמשמשות להנעת מנועי DC מברשות (Brush), מנועים חסרי מברשות (Brushless), מנועי AC סרוו, ומנועי צעד. כתבה זו תתרכז במגברי סרוו (Servo Amplifiers).

חשוב תחילה להבין מהי ההגדרה של "סרוו". כשמדברים על מערכת סרוו אנחנו בעצם מדברים על אופן הפעולה של המערכת — מערכת זו מסוגלת לגשש ולנתח את פעולתה בזמן אמת, להשוות אותה לסט הפקודות שנתבקשה לבצע, ולתקן במידת הצורך. המגבר כאמור לוקח חלק חשוב בפעילות זו על ידי תרגום פקודותיו המתמשכות של הבקר לאנרגיה פרופורציונלית וחיונית להנעת המנועים.

מגברי הסרוו מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות: מגברים ליניאריים ומגברים ממותגים. מגברים ליניאריים מאופיינים כבעלי פונקציית מעבר קבועה, ומגבירים את אותות הכניסה בצורה ליניארית ולא משתנה. מכיוון שאופי המרת האותות במגברים הליניאריים מותנה בשימוש בטרנזיסטורים, הם ידועים בנטייתם להתחממות. פיזור החום של אנרגיה שלא נוצלה על ידי המנוע מוביל להתחממות כללית של המגבר כולו (נהוג לראות צלעות קירור או מאווררים במגברים אלו). בנוסף לכך, הם גם בעלי נצילות נמוכה יחסית, וגודלם גדול יותר ממגברים ממותגים. לעומת זאת, היתרון המשמעותי ביותר שלהם הוא הרעש החשמלי הכמעט אפסי שמפיקים בזמן פעולתם — מסיבה זו הם נוטים להיות שימושיים מאד בסביבות שרגישות לתנודות חשמליות.

**שיקולים בבחירת מגבר**
מגברים ממותגים בעולם הבקרה מסתמכים בעיקר על שיטת Pulse Width Modulation (אפנון רוחב פולס או PWM). ה-PWM מנצל את זמן התגובה המכני האיטי יחסית של המנוע, ובתחכום רב תורם להנמכה משמעותית של פיזור החום תוך העלאת הנצילות הכללית של המערכת.

המתח מסופק למנוע בין שתי נקודות מתח (גבוהה ונמוכה) בצורת פולסים בתדירות גבוהה, בדרך כלל בין 20-60kHz. בתדירות נמוכה המנוע היה מנסה להאיץ ולהאיט עם כל פולס, אך מכיוון שהתדירות כה גבוהה וזמן התגובה המכני ארוך, המתח הממוצע שנוצר לאורך תהליך המודולציה הוא למעשה המתח האפקטיבי שאליו מגיב המנוע.

הקו הממוצע שבין נקודות המתחים הוא זה שצריך להשתנות בכדי לשנות את אופן תנועת המנוע (המהירות למשל). שינוי המתח הממוצע נעשה על ידי שינוי רוחב הפולס — פרק זמן קצר או ארוך יותר באחת משתי נקודות המתח. שיטת עבודה זו תורמת לכך שהתחממות הטרנזיסטורים קטנה, ובכך המגבר הממותג עובד בטמפרטורות נמוכות יותר (ויכול גם להיות קטן יותר פיזית).

יש להיזהר בשימוש עם מנועים בעלי השראות נמוכה, אשר יכולים להגיב לשינויי המתח של ה-PWM עם עליות ונפילות חדות של זרם. דבר זה עלול לחמם את המנוע במהירות ואף לפגוע בסליל. עם מנועים כאלו מומלץ להגביר את ההשראות במערכת על ידי הוספת משנק (Choke) חיצוני למעגל, שינמיך את תגובת הזרם.