编码器到底选5V的还是24V的？

最近刚好在给项目做相关的选型，主要针对的是输送带的实时位置获取，那么，常规的做法当然就是普通三相异步电机加编码器的方式，对预算比较好的且有条件的直接上伺服电机。

在具体选择时候，却发现电压的类型主要有两种：

• 5VDC
• 12-24VDC

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实际上，有些厂家提供的类型更多些，例如：5-15VDC 、8-26VDC等等。这里我们以使用的5V和24V两种最常用的来介绍。

当然，编码器的种类还是有分增量型的和绝对型的，这期不具体展开，后续我们针对编码器专题来介绍，敬请关注Hello工控。

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这期详细介绍下这两种电压的不同影响和如何选择合适的方案。

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增量型编码器

增量型编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。前者称为码盘，后者称码尺。

按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，以电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”，如下图就是典型的光敏元件类型编码器。

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我们这里以推拉输出（有些称：推挽输出）的增量型编码器为例：

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 一般这种类型的输出接线方式：

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信号输出的波形：

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基本的增量编码器通常有 3 个输出通道：A、B 和 Z。通道 A 和 B 相差 90°，可以用来监测轴的旋转方向。如果通道 A 领先于通道 B（上图），轴是顺时针旋转，增量在增加。如果通道 B 领先于通道 A（如下图所示），轴是逆时针旋转，增量在减少。

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Z 相也被称为零位或索引通道。它每转一圈提供一个脉冲，并为编码器建立参考位置。这确保了准确的位置跟踪。有些设备的回零信号就取这个Z相信号，非常精准。

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5V 还是 24V？

系统兼容性与接口标准：

5V (TTL/RS422/LVDS)：

• 常见于： 伺服电机驱动器内部、运动控制卡、基于微控制器（如Arduino、Raspberry Pi，需注意电流驱动能力）的系统、高速数据采集卡、一些机器人控制器内部。
• 标准： 符合 TTL（晶体管-晶体管逻辑）电平标准（0-0.8V低，2.0-5V高），或差分标准如 RS422（长线驱动）和 LVDS（高速、低功耗、抗噪）。

24V (HTL/推挽)：

• 常见于： PLC（可编程逻辑控制器）的输入模块、通用工业自动化设备、变频器、传感器电源总线、需要长距离传输或强抗干扰能力的场合。
• 标准： 通常指 HTL（High Threshold Logic）或推挽输出。逻辑电平定义通常是：低电平 < 3V，高电平 > 11V（具体看规格书）。对电源波动和噪声有更高的容忍度。

传输距离与抗干扰能力：

• 5V (单端TTL)： 抗干扰能力较弱，传输距离有限（通常几米）。容易受地线噪声、电磁干扰影响。不适合嘈杂的工业环境或长距离传输。
• 5V (差分RS422/LVDS)： 抗干扰能力极强！ 通过差分信号抵消共模噪声，非常适合长距离传输（RS422可达1000米以上，LVDS更高速但距离稍短）和高噪声环境。这是高性能伺服编码器的首选接口。
• 24V (HTL/推挽)： 抗干扰能力强于单端5V TTL。较高的信号电平使其对噪声不敏感，传输距离比单端5V TTL远得多（通常可达100米或更长）。在通用工业环境中非常可靠。

功耗与发热：

• 5V： 通常功耗较低，发热较小（尤其LVDS）。其典型功耗控制在0.5W以内，符合SMD贴装工艺要求
• 24V： 相同负载下，功耗比5V高（P = V²/R），内部限流电阻发热可能更大（但现代设计已优化）。

电源便利性：

• 5V： 在数字电路板卡内部容易获得。如果外部供电，可能需要专门的5V电源适配器或从USB取电（需注意功率）。
• 24V： 在工业控制柜中几乎是标准配置，非常容易获得（来自PLC电源、开关电源等）。

安全性：

• 24V： 通常被认为是安全特低电压，在触电风险方面比更高电压（如110VAC, 220VAC）安全得多。5V同样安全。
• 接线错误风险： 将5V编码器误接到24V电源上会立即烧毁！将24V编码器接到5V系统通常不会损坏编码器，但可能无法正常工作（输出高电平达不到5V系统的识别阈值）。务必仔细核对电压。

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小结

1. 首选 5V (差分 RS422/LVDS)： 如果您的应用是高性能伺服控制、需要高速和高分辨率、存在长距离传输或强电磁干扰环境（如工厂车间、大型设备、靠近变频器/电机），这是最可靠、最高性能的选择。
2. 首选 24V (HTL/推挽)： 如果您的应用是通用工业自动化、连接PLC、传输距离中等、环境有一定噪声但非极端、且24V电源现成可用，这是最方便、最经济、抗干扰性足够好的选择。在要求不高的速度/分辨率场合，性价比高。
3. 慎用/特定情况用 5V (单端TTL)： 仅适用于板卡内部、极短距离（<1米）、低噪声环境（如实验室、小型桌面设备）。在工业环境中尽量避免单独使用单端TTL做长距离传输。
4. 总结如下表所示：

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参考链接：

1. https://www.plctalk.net/threads/why-5v-encoder-is-used-instead-of-24v-if-pulse-freq-is-high.124675/
2. https://www.encoder.com/article-what-is-an-optical-encoder
3. https://www.ifm.com/us/en/us/learn-more/motion-control/encoders/incremental-encoders