電機功率驅動保護電路的製作方法
2023-08-02 13:00:36
電機功率驅動保護電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種電機功率驅動保護電路，本發明通過在伺服控制器和驅動功率放大器之間設置邏輯控制單元，用於根據電機的運行狀態和伺服控制器中軟體的運行狀態輸出通道功放使能信號，當電機運行在電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅動功率放大器正常工作；當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出有效信號，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉；當伺服控制器輸出端的PWM信號處於高電平或低電平時，邏輯控制單元輸出有效信號，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉。本發明能顯著提高控制系統功率放大器運行安全性，並有效降低控制系統調試仿真以及下載燒寫成本，提高調試效率，增強系統可靠性。
【專利說明】電機功率驅動保護電路
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種電機功率驅動保護電路，屬於電機驅動保護【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在一些控制系統電機驅動方案設計中，針對出現大的慣性阻力矩，W及外部幹擾 力矩，如光電偵察平臺等控制對象在多傳感器共裝載時轉動慣量較大，並且在載機飛行中 遇到較大風阻力矩等實際應用場合，電機驅動方案設計必須選擇較大額定功率的電機，而 由此帶來系統啟動電流和峰值堵轉電流較大的問題，甚至能達到十幾安，而且在系統運行 過程中根據上位機輸入狀態指令電機不免處於突然啟動、停車或反向制動的運動狀態，由 此造成大的電流衝擊，對控制迴路很不利，極易造成功率放大器的燒毀，電機堵轉損壞，系 統的可靠性降低。
[0003] 目前，在國內外已有的電機驅動功率放大【技術領域】普遍應用具有禁止功能的功率 放大器，一般多採用電機電流採樣差分放大，配合硬體比較電路獲取邏輯控制信號送給功 率放大器禁止端，實現功放A、B橋PWM輸出信號的封鎖切換。
[0004] 然而，通過工程實踐的應用證明，上述技術存在風險。首先系統峰值堵轉電流出 現或者反接制動情況下產生的異常大電流接近所選擇功放模塊的峰值電流，電晶體易出現 擊穿；其次，功放電路保護關斷時硬體邏輯電壓比較電路的開關頻率過高，在系統持續過流 時不斷的出現打開關斷，開關頻率高達功放內部=極管、達林頓管、功率管推薦頻率四倍W 上，開關損耗升高，局部溫升過大，極易導致=極管和達林頓管燒毀；另外，在伺服控制系統 調試時，DSP處理器程序擦除重新燒寫下載時，一般均需要預先斷開功放工作電源，否則，軟 件燒寫時DSP輸出的功率放大器PWM脈衝輸入信號會不確定失控，在功放供電正常的情況 下，執行電機存在發生飛轉的高風險。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種電機功率驅動保護電路，W解決現有功率放大器採用電 機電流採樣差分控制所導致的功率放大器易損壞，W及在伺服控制軟體調試時無法有效關 斷功率放大器致使電機發生飛轉的風險。
[0006] 本發明的技術方案是；一種電機功率驅動保護電路，包括伺服控制器、光禪隔離單 元和驅動功率放大器，伺服控制器輸出端的PWM信號通過光禪隔離單元接入驅動功率放大 器的輸入端，功率放大器的輸出端驅動連接電機，驅動功率放大器帶有禁止使能端，其特徵 在於，所述驅動保護電路還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元用於根據電機的運行狀態 和伺服控制器中軟體的運行狀態輸出通道功放使能信號，與驅動功率放大器的禁止使能端 連接，
[0007] 當電機運行在電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅動功 率放大器的禁止使能端無效，驅動功率放大器正常工作；
[000引當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動 功率放大器的禁止使能端有效，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉；
[0009] 當伺服控制器輸出端的PWM信號處於高電平或低電平時，即伺服控制器中軟體處 於非正常運行狀態時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端有效， 關斷驅動功率放大器，電機停止運轉。
[0010] 所述當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，電機停止運轉後，伺服電機控制 器輸出通道復位信號，邏輯控制單元根據該通道復位信號輸出無效信號，使驅動功率放大 器的禁止使能端無效，驅動功率放大器正常工作。
[0011] 所述的邏輯控制單元包括觸發器和邏輯電路，邏輯電路採用與非邏輯運算，邏輯 電路的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和 使能信號，用於實現通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及通道到位信號RT_LIMIT和使 能信號的與非運算，所述邏輯電路的輸出端連接到觸發器的下降沿輸入端和置零輸入端， 所述觸發器的上升沿輸入端與伺服控制器輸出端的PWM信號連接，所述觸發器的輸出端與 驅動功率放大器的禁止使能端連接。
[0012] 所述的邏輯電路包括反相器和或口電路，所述反相器的輸入端與伺服控制器輸出 端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和使能信號連接，反相器的輸出端與 或口電路的輸入端連接，或口電路用於對反相後通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及 通道到位信號RT_LIMIT和使能信號進行或運算，或口電路的兩個輸出端與觸發器的下降 沿輸入端和置零輸入端連接。
[0013] 所述邏輯控制單元還包括與觸發器連接的配置電路，該配置電路包括阻容網絡電 阻、阻容網絡電容和可調電阻，所述配置電路的阻容網絡電阻為R。,,，阻容網絡電容為C。,,， 由該配置電路所配置觸發器的工作周期為0. 45Rext*Cext，且T ,大於等於伺服控制器 輸出端的PWM信號的周期Tp胃。
[0014] 所述的觸發器的輸出端通過可調電阻接地，該可調電阻的調節端為通道功能使能 信號端，與驅動功率放大器的禁止使能端連接，控制驅動功率放大器的啟動。
[0015] 所述的觸發器為雙可重觸發單穩態觸發器54肥T123。
[0016] 所述的反相器採用集成電路六反相器54肥T04。
[0017] 所述的或口電路採用集成電路或口 54肥T32。
[001引本發明的有益效果是：本發明通過在伺服控制器和驅動功率放大器之間設置邏 輯控制單元，用於根據電機的運行狀態和伺服控制器中軟體的運行狀態輸出通道功放使能 信號，與驅動功率放大器的禁止使能端連接，當電機運行在電機驅動軟體限位區域時，邏輯 控制單元輸出無效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端無效，驅動功率放大器正常工作； 當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率放大 器的禁止使能端有效，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉；當伺服控制器輸出端的PWM信 號處於高電平或低電平時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端 有效，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉。本發明能顯著提高控制系統功率放大器運行安 全性，並有效降低控制系統調試仿真W及下載燒寫成本，提高調試效率，增強系統可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明實施例中邏輯控制單元的電路組成原理圖；
[0020] 圖2是本發明實施例中電機功率驅動保護電路的原理框圖；
[0021] 圖3是電機有限轉角運動軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0023] 本發明針對的是具有禁止功能的PWM可關斷功率放大器，為可關斷功率放大器提 供可編程實現的或者反饋控制電路實現的禁止信號，使得控制系統在伺服控制程序跑飛、 DSP處理器程序擦除重新燒寫下載時、DSP處理器調試在線仿真編譯過程中、電機軟體控制 啟停、電機運轉至機械限位位置制動、電機驅動軟體限位區域到位制動、電機限位制動後反 方向重新啟動等各種情況下，具備電機功率驅動啟停保護能力，有效保護功率放大器和執 行電機。
[0024] 伺服控制器可同時控制兩路及W上的電機，下面W 2路使能邏輯控制信號的產生 為實施用例進行陳述，分別用於產生化1電機功放啟停控制信號，化2電機功放啟停控制信 號，該裡的化1和化2可泛指伺服控制系統中獨立運轉的2個執行電機功放前向通路。伺 服控制器對於CH1電機所產生的信號包括1個PMW脈寬調製信號PWM_Chl，1個到位信號 LF_LIMIT，1個到位信號RT_LIMIT，1個使能/復位信號EN1，對C肥電機所產生的信號包括 1個PMW脈寬調製信號PWM_Ch2,1個到位信號UP_LIMIT，1個到位信號DOWN_LIMIT，1個使 能/復位信號EN2。
[0025] 本發明的電機功率驅動保護電路如圖2所示，包括伺服控制器、光禪隔離單元、邏 輯控制單元和驅動功率放大器，伺服控制器輸出端的PWM信號通過光禪隔離單元接入驅動 功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端驅動連接電機，驅動功率放大器帶有禁止使能 端，該邏輯控制單元用於根據電機的運行狀態和伺服控制器中軟體的運行狀態輸出通道功 放使能信號，與驅動功率放大器的禁止使能端連接，
[0026] 當電機運行在電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅動功 率放大器的禁止使能端無效，驅動功率放大器正常工作；
[0027] 當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動 功率放大器的禁止使能端有效，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉；
[002引當伺服控制器輸出端的PWM信號處於高電平或低電平時，即伺服控制器中軟體處 於非正常運行狀態時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端有效， 關斷驅動功率放大器，電機停止運轉。
[0029] 該邏輯控制單元包括觸發器和邏輯電路，邏輯電路採用與非邏輯運算，邏輯電路 的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和使能 信號，用於實現通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及通道到位信號RT_LIMIT和使能信 號的與非運算，邏輯電路的輸出端連接到觸發器的下降沿輸入端和置零輸入端，觸發器的 上升沿輸入端與伺服控制器輸出端的PWM信號連接，觸發器的輸出端與驅動功率放大器的 禁止使能端連接。
[0030] 本實施中邏輯電路採用六反相器和或口，其它實現與非運算的邏輯電路均為同等 手段替換，都在本發明的保護範圍內。觸發器採用集成雙可重觸發單穩態觸發器54HCT123， 如圖1所示，D1為為六反相器54肥T04, D2為或口 54肥T32, D3為集成觸發器54肥T123, D1 的引腳1、引腳11和引腳13分別與伺服控制器的使能/復位信號ENl、到位信號LF_LIMIT 和到位信號RT_LIMIT連接，作為化1的邏輯輸入信號，經D1的反相運算後輸入到D2中進 行或運算，D2的引腳3與觸發器D3的引腳2連接，D2的引腳6與觸發器D3的引腳3連接， 觸發器D3的引腳1與伺服控制器的PWM脈寬調製信號PWM_Chl連接。即
[0031] PWM_Chl 送給 D3_l 腳
[003引 B_1 = RT-OUT + EN1-OUT = R.T_L!M!T +巨巧=RT_LIMIT ENl,送給 D3_2引腳；
[003引 R1/ = LF_0UT + EN1_0UT = LF_LIM!I + iHl =化LIMIT. ENl，送給 D3_3引腳；
[0034] 同理
[0035] PWM_Ch2，送給 D3_9 腳；
[0036] B_2 = UP OUT + EN2 0UT = lIPjiMlf + EN 2 =曬雨巧麗，送給 〇3_1〇 弓 | 腳；
[0037] R2/ = DOWNOUT + EN20UT = DOWN.LIMIT + Wl = DOWN.LIMIT-EM2,送 給D3_ll引腳
[0038] 54肥T123型雙可重觸發單穩態觸發器，最小觸發脈衝寬度（twl)在VCC = 4. 5V， 4化S，在VCC = 6. 0V，為30ns。其邏輯真值表如表1所示，一般可關斷功率放大器的禁止使 能端在輸入低電平時工作，高電平時關斷，故將觸發器的e輸出端用於可關斷功率放大器 的DISA化E/ILIM/S皿N信號輸入控制端。
[0039] 表 1
[0040]
【權利要求】
1. 一種電機功率驅動保護電路，包括伺服控制器、光耦隔離單元和驅動功率放大器，伺 服控制器輸出端的PWM信號通過光耦隔離單元接入驅動功率放大器的輸入端，功率放大器 的輸出端驅動連接電機，驅動功率放大器帶有禁止使能端，其特徵在於，所述驅動保護電路 還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元用於根據電機的運行狀態和伺服控制器中軟體的運 行狀態輸出通道功放使能信號，與驅動功率放大器的禁止使能端連接， 當電機運行在電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅動功率放 大器的禁止使能端無效，驅動功率放大器正常工作； 當電機運行超出電機驅動軟體限位區域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率 放大器的禁止使能端有效，關斷驅動功率放大器，電機停止運轉； 當伺服控制器輸出端的PWM信號處於高電平或低電平時，即伺服控制器中軟體處於非 正常運行狀態時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端有效，關斷 驅動功率放大器，電機停止運轉。
2. 根據權利要求1所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述當電機運行超出 電機驅動軟體限位區域時，電機停止運轉後，伺服電機控制器輸出通道復位信號，邏輯控制 單元根據該通道復位信號輸出無效信號，使驅動功率放大器的禁止使能端無效，驅動功率 放大器正常工作。
3. 根據權利要求2所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的邏輯控制單元 包括觸發器和邏輯電路，邏輯電路採用與非邏輯運算，邏輯電路的輸入端與伺服控制器輸 出端的通道到位信號LF_UMIT、通道到位信號RT_UMIT和使能信號，用於實現通道到位信 號LF_LIMIT和使能信號以及通道到位信號RT_LIMIT和使能信號的與非運算，所述邏輯電 路的輸出端連接到觸發器的下降沿輸入端和置零輸入端，所述觸發器的上升沿輸入端與伺 服控制器輸出端的PWM信號連接，所述觸發器的輸出端與驅動功率放大器的禁止使能端連 接。
4. 根據權利要求3所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的邏輯電路包括 反相器和或門電路，所述反相器的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、 通道到位信號RT_LIMIT和使能信號連接，反相器的輸出端與或門電路的輸入端連接，或門 電路用於對反相後通道到位信號LF_UMIT和使能信號以及通道到位信號RT_UMIT和使能 信號進行或運算，或門電路的兩個輸出端與觸發器的下降沿輸入端和置零輸入端連接。
5. 根據權利要求4所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述邏輯控制單元還 包括與觸發器連接的配置電路，該配置電路包括阻容網絡電阻、阻容網絡電容和可調電阻， 所述配置電路的阻容網絡電阻為R#，阻容網絡電容為(；xt，由該配置電路所配置觸發器的 工作周期為Tw= 0. 45Rext*Cext，且T ￥大於等於伺服控制器輸出端的PWM信號的周期T PWM。
6. 根據權利要求5所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的觸發器的輸出 端通過可調電阻接地，該可調電阻的調節端為通道功能使能信號端，與驅動功率放大器的 禁止使能端連接，控制驅動功率放大器的啟動。
7. 根據權利要求6所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的觸發器為雙可 重觸發單穩態觸發器54HCT123。
8. 根據權利要求6所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的反相器採用集 成電路六反相器54HCT04。
9.根據權利要求6所述的電機功率驅動保護電路，其特徵在於，所述的或門電路採用 集成電路或門54HCT32。
【文檔編號】H02H7/08GK104485639SQ201510000911
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月4日 優先權日:2015年1月4日
【發明者】王仁臻, 趙冠軍, 於兵, 陳璞, 趙嬪婭, 劉志廣 申請人:凱邁（洛陽）測控有限公司