一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路和方法與流程
2024-04-14 14:30:05
1.本發明屬於伺服驅動器領域，具體涉及一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路和方法。
背景技術：
2.由於伺服驅動器高容值母線電容的存在，伺服驅動器在直接上電時會產生很大的衝擊電流，影響系統的可靠性。同時伺服驅動器在進行電機控制時，電機在加減速過程中會產生較大的反電動勢，會導致母線電容電壓提升，可能會損壞母線電容和功率器件。
3.專利文獻cn108233775a公開了一種整車或整機的啟動電路及啟動方法，包括設置有可控開關和控制器的整車或整機的啟動電路本體，其特徵在於，還包括：與所述控制器連接，用於傳遞控制信號和隔離電氣的電氣隔離設備；控制端與所述電氣隔離設備連接，第一端與所述可控開關的一端連接，用於依據所述控制信號導通或截止的電晶體；一端與所述電晶體的第二端連接，另一端與所述可控開關的另一端連接，用於限流的限流電阻。但上緩啟電路與能量洩放電路是單獨的兩條電路，導致驅動器體積過大。
4.專利文獻cn111313801a公開了一種電機反電勢能量回饋及洩放的系統，包括依次連接的供電電源、直流驅動器電路和電機，所述的直流驅動器電路包括電壓控制單元、母線電流檢測單元、比較判定單元、能量洩放單元和功率逆變單元，所述的電壓控制單元分別與母線電流檢測單元、比較判定單元和能量洩放單元連接，所述的母線電流檢測單元分別與供電電源、比較判定單元和功率逆變單元連接，所述的能量洩放單元和功率逆變單元連接，所述的功率逆變單元與電機連接。但該裝置的上電緩啟電阻和洩放電阻需要採用大功率電阻，導致驅動器體積較大，不利於驅動器小型化設計。
5.專利文獻cn211981742u一種用於伺服驅動器上電緩衝和回饋能量的洩放電路及伺服驅動器，該裝置考慮到了上緩啟電路與能量洩放電路結合在一起，但是上電緩啟電路存在二極體，功率二極體封裝較大，且因存在二極體導通壓降緩啟切換瞬間依然存在一定的電流。
技術實現要素：
6.為了解決上述問題，本發明提供了一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路，基於該電路的伺服驅動器體積較小，且切換過程中電流穩定安全。
7.一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路，包括上電緩啟開關、洩放電阻、洩放開關、母線電容、電壓檢測模塊、控制器以及輸入電源；
8.所述上電緩啟開關採用雙刀雙擲開關，所述雙刀雙擲開關包括公共端與輸入電源正極端連接的第一閘刀，公共端與洩放電阻的第一連接端連接的第二閘刀，所述第一閘刀的連接端包括母線電容正極端和空載的第一連接端，所述第二閘刀的連接端包括洩放開關的第一連接端和空載的第二連接端；
9.所述洩放電阻的第二連接端與母線電容正極相連；
10.所述洩放開關的第二連接端與輸入電源負極端相連；
11.所述母線電容負極端與輸入電源福極端相連；
12.所述電壓檢測模塊用於檢測輸入電源和母線電容的電壓變化，並發送至控制器；
13.所述控制器根據接收到的電壓變化情況，發送開關動作指令至上電緩啟開關與洩放開關。
14.當上電緩啟開關連通空載兩端時，母線電容處於蓄能狀態；當上電緩啟開關連通洩放電阻的第一連接端和母線電容正極端時，電路上電緩啟過程結束。
15.本發明根據輸入電源和母線電容的電壓變化，對上電緩啟開關和洩放開關的開關狀態進行控制，從而將傳統的驅動器上電緩啟和能量洩放電路合併在一起，不僅減小了驅動器的體積，同時也能保證洩放電能時的安全性。
16.具體的，所述上電緩啟開關採用雙刀雙擲繼電器。
17.優選的，所述洩放電阻採用大功率電阻，所述大功率電阻靠近伺服驅動器外殼內壁布置以增強散熱。
18.具體的，所述控制器與伺服驅動器採用同一dsp或stm32處理器，合併器件從而減小驅動器的體積。
19.具體的，所述母線電容包括多個並聯連接的功率電容。
20.優選的，所述電壓檢測模塊帶有分壓電阻，以實現電源和母線電容電壓採樣。
21.本發明還提供了一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放方法，基於上述的伺服驅動上電緩啟、能量洩放電路實現，所述伺服驅動器上電緩啟、能量洩放方法包括：
22.步驟1、電路初始化時，默認上電緩啟開關將輸入電源正極與洩放電阻相連，默認洩放開關斷開；
23.步驟2、上電過程中，通過電壓檢測機構獲取輸入電源電壓u1與母線電容電壓u2，並與預設的啟動閾值電壓u
ref
相較，判斷是否結束上電緩啟過程；
24.步驟3、當判斷結果為電緩啟過程結束時，通過上控制電緩啟開關將輸入電源與母線電容直接相連，洩放電阻與洩放開關相連；
25.步驟4、通過電壓檢測機構監測當前母線電容電壓u
′2：
26.當u
′2≤u
th1
時，則繼續通過電壓檢測機構監測母線電容電壓變化，所述u
th1
為預設的能量洩放開啟閾值電壓；
27.當u
′2》u
th1
時，控制洩放開關導通，進行能量洩放，並運行步驟5；
28.步驟5、通過電壓檢測機構檢測當前母線電容電壓u
″2：
29.當u
″2《u
th2
時，控制洩放開關關閉，停止能量洩放，並重新運行步驟4，所述u
th2
為預設的能量洩放關閉閾值電壓；
30.當u
″2≥u
th2
時，則繼續保持洩放開關導通，同時通過電壓檢測機構監測母線電容電壓變化。
31.具體的，在步驟2中，所述判斷是否結束上電緩啟過程的具體操作如下：
32.當滿足u
1-u2《u
ref
時，說明上電緩啟過程結束，運行步驟3；
33.當滿足u
1-u2≥u
ref
時，說明上電緩啟過程還未結束，繼續執行步驟2。
34.具體的，所述能量洩放開啟閾值電壓u
th1
的取值與輸入電源的電壓，驅動器母線電容的最大工作單壓值以及功率管最大工作電壓值有關，即滿足如下要求：
35.u
p
《u
th1
《(uc，um)min
36.其中，u
p
為輸入電源的電壓，uc為驅動器母線電容的最大工作電壓值，um為功率管最大工作電壓值。
37.具體的，所述能量洩放關閉閾值電壓u
th2
的取值與能量洩放開啟閾值電壓u
th1
和輸入電源的電壓有關，既滿足如下要求：
38.u
p
《u
th2
《u
th1
39.其中，u
p
為輸入電源的電壓。
40.與現有技術相比，本發明的有益效果：
41.(1)本發明提出的電路將上電緩啟、能量洩放電路整體考慮，上電緩啟和能量洩放電路可以共用一個電阻，減少了驅動器體積，並降低了成本。
42.(2)本發明提出的方法，可設置上電緩啟開關切換電壓閾值，可降低上電緩啟開關切換過程中的電流，同時該方法可在母線電容電壓較高時對系統多餘能量進行洩放，提高了系統可靠性。
附圖說明
43.圖1為伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路的示意圖；
44.圖2為伺服驅動器上電緩啟、能量洩放方法的流程圖。
具體實施方式
45.下面根據附圖和優選實施例詳細描述本發明，本發明的目的和效果將變得更加明白，應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
46.如圖1所示，為本實施例提供的一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放電路，包括上電緩啟開關s1，洩放電阻r1、洩放開關s2，母線電容c，電壓檢測模塊，主控器以及輸入電源；
47.上電緩啟開關s1採用雙刀雙擲開關，包括公共端a與輸入電源正極端連接的第一閘刀，公共端b與洩放電阻r1的第一連接端連接的第二閘刀，第一閘刀的連接端包括與母線電容c正極端連接的連接端c和與空載的第一連接端連接的連接端e，第二閘刀的連接端包括與發洩開關s2的第一連接端連接的連接端d和與空載的第二連接端連接的連接端f；
48.上電緩啟開關s1包括兩種連接狀態：
49.第一種，公共端a與連接端e相連，公共端b與連接端f相連，此時輸入電源經過洩放電阻r1在為母線電容c儲能，電路處於上電緩啟過程；
50.第二種，公共端a與連接端c相連，公共端b與連接端f相連，此時電路上電緩啟過程已結束。
51.洩放開關s2的第二連接端與輸入電源負極端相連，並有控制器進行開關狀態控制，並選用mos功率管；
52.洩放電阻r1採用功率電阻，並貼附在驅動器內壁以便於散熱；
53.母線電容c的第二連接端與輸入電源負極端相連，由多個並聯連接的功率電容構成；
54.電壓檢測模塊用於檢測輸入電源和母線電容的電壓變化，並發送至控制器，該電壓檢測模塊中帶有分壓電阻；
55.而控制器根據收到的電壓變化情況，發送開關指令至上電緩啟開關s1和洩放開關s2；
56.驅動器與控制器共用處理器晶片，該處理器晶片採用stm32。
57.如圖2所示，為本實施例提供的一種伺服驅動器上電緩啟、能量洩放方法，包括：
58.步驟1、電路初始化時，默認上電緩啟開關將輸入電源正極與洩放電阻相連，默認洩放開關斷開；
59.步驟2、上電過程中，通過電壓檢測機構獲取輸入電源電壓u1與母線電容電壓u2，並與預設的啟動閾值電壓u
ref
相較，比較原則如下：
60.當滿足u
1-u2《u
ref
時，說明上電緩啟過程結束，運行步驟3；
61.當滿足u
1-u2≥u
ref
時，說明上電緩啟過程還未結束，繼續執行步驟2；
62.其中啟動閾值電壓u
ref
設置值會影響緩啟開關切換過程的電流，需要取較小值以保證較小啟動電流，這裡u
ref
取0.1v。
63.步驟3、當判斷結果為電緩啟過程結束時，通過上控制電緩啟開關將輸入電源與母線電容直接相連，洩放電阻與洩放開關相連；
64.步驟4、通過電壓檢測機構監測當前母線電容電壓u
′2：
65.當u
′2≤u
th1
時，則繼續通過電壓檢測機構監測母線電容電壓變化，所述u
th1
為預設的能量洩放開啟閾值電壓；
66.當u
′2》u
th1
時，控制洩放開關導通，進行能量洩放，並運行步驟5；
67.步驟5、通過電壓檢測機構檢測當前母線電容電壓u
″2：
68.當u
″2《u
th2
時，控制洩放開關斷開，停止能量洩放，並重新運行步驟4，所述u
th2
為預設的能量洩放關閉閾值電壓，且滿足u
th2
《u
th1
；
69.當u
″2≥u
th2
時，則繼續保持洩放開關導通，同時通過電壓檢測機構監測母線電容電壓變化。
70.其中能量洩放開啟閾值電壓u
th1
的選擇與輸入電源電壓u
p
，驅動器母線電容最大工作電壓值uc及功率管最大工作電壓值um有關，需滿足u
p
《u
th1
《(uc，um)min，若(0.7-0.8)*(uc，um)min》u
p
一般可選u
th1
＝(0.7-0.8)*(uc，um)min。
71.其中能量洩放關閉閾值電壓u
th2
的選擇與能量洩放開啟閾值電壓u
th1
和輸入電源電壓u
p
，需滿足u
p
《u
th2
《u
th1
，可取u
th2
＝05*(u
p
+u
th1
)
72.本實施例中的輸入電源電壓為48v，驅動器母線電容最大工作電壓和功率管最大工作電壓都為100v，可分別取u
th1
為70v，u
th2
為59v。