一种直流母线过压保护装置、控制方法和一种伺服驱动器与流程

本发明涉及伺服电机控制领域，特别是一种直流母线过压保护装置、控制方法和一种伺服驱动器。

背景技术：

交流伺服驱动系统主要是由交流伺服电动机和交流伺服驱动器构成，交流伺服驱动器通过交流伺服电动机带动控制对象进行电力拖动控制。目前交流伺服驱动系统中，伺服驱动器将主要完成交流-直流-交流的转化，在转化过程中，若是直流母线电压超过一定的限值，会引起伺服驱动器异常工作，严重的情况下会烧毁功率元器件。

其中，引起直流母线电压过压的原因有很多种，比如：电网电压突变、负载突然卸载等。在实际应用中，一般会采取直流母线电压过压保护措施。现有技术中，驱动器直流母线过压保护一般依靠ad采样，被检测的直流母线电压通过分压电阻降压取样后，落在可检测到的范围，从而通过软件程序设定电压的故障报警范围。或者是，通过精密电源芯片固定比较器一端的电压，被检测的直流母线电压取样后再与之进行比较，结果通过比较器进行输出，并控制相应的保护动作，一般采用断开直流母线开关的形式，采用上述比较结果进行控制的可靠性较低，如果在母线过压的情况下因保护不及时导致电路故障，则直流母线上会有过电流流过，这样不仅容易损坏功率元器件，严重的情况下驱动器会引起火灾。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流母线过压保护装置和控制方法，用以解决当直流母线电压超过阈值时直接断开开关的保护动作不可靠的问题；本发明还提供一种伺服驱动器，能够解决伺服驱动器在直流母线电压过压时保护动作不可靠导致的功率元器件损坏的问题。

为了实现直流母线的过压保护，解决当直流母线电压超过阈值时直接断开开关的保护动作不可靠的问题；本发明提供一种直流母线过压保护装置，包括直流母线电压检测模块、控制模块以及用于串设在直流母线上的软启动电路，所述软启动电路包括并联设置的软启动开关支路和软启动电阻支路，所述软启动开关支路上串设有软启动开关，所述软启动电阻支路上串设有软启动电阻，所述控制模块的信号输入端连接所述直流母线电压检测模块，控制模块的信号输出端连接所述软启动开关，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动开关断开，将软启动电阻接入到直流母线中。

有益效果是，在直流母线过压时，控制软启动开关断开并将软启动电阻接入直流母线中，通过软启动电阻实现对直流母线电压的过电压的分压，当直流母线上出现过电流时，软启动电阻阻值迅速增大，直流母线上的电流有了大幅度的降低，保证驱动器安全运行，提高了电路运行的效率。

进一步地，为了保持一定时间的软启动开关断开状态，使得保护更加精准有效，该装置中当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关闭合，将软启动电阻从直流母线中退出，所述安全工作电压阈值小于所述过压阈值。

进一步地，为了将电压的检测落入可检测的范围，所述直流母线电压检测模块包括连接于直流母线的正负极两端的一条分压支路，所述分压支路上串设有至少两个分压电阻。

进一步地，为了简单方便的实现电压的检测和处理，所述控制模块包括比较器、光耦和数字信号处理器，所述比较器的第一输入端连接参考电压，所述比较器的第二输入端连接分压支路的检测电压输出端，所述比较器的输出端连接所述光耦的信号输入端，所述光耦的信号输出端连接所述数字信号处理器的信号输入端，所述数字信号处理器的信号输出端连接所述软启动开关。

进一步地，为了避免驱动器烧坏，大幅度的降低电路中电流，所述软启动电阻包括至少一个ptc电阻。

本发明提供一种直流母线过压保护控制方法，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关断开，将软启动电阻接入到直流母线中，在直流母线过压时，控制软启动开关断开并将软启动电阻接入直流母线中，通过软启动电阻实现对直流母线电压的过电压的分压，当直流母线上出现过电流时，软启动电阻阻值迅速增大，直流母线上的电流有了大幅度的降低，保证驱动器安全运行，提高了电路运行的效率。

进一步地，为了保持一定时间的软启动开关断开状态，使得保护更加精准有效，该方法中当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关闭合，将软启动电阻从直流母线中退出，所述安全工作电压阈值小于所述过压阈值。

本发明提供一种伺服驱动器，包括整流模块、逆变模块和直流母线过压保护装置，整流模块的直流侧与逆变模块的直流侧通过直流母线连接，所述直流母线过压保护装置包括直流母线电压检测模块、控制模块以及软启动电路，所述软启动电路串设在直流母线上，所述软启动电路包括并联设置的软启动开关支路和软启动电阻支路，所述软启动开关支路上串设有软启动开关，所述软启动电阻支路上串设有软启动电阻，所述控制模块的信号输入端连接所述直流母线电压检测模块，控制模块的信号输出端连接所述软启动开关，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动开关断开，将软启动电阻接入到直流母线中。

有益效果是，提供一种具有过压保护的伺服驱动器，在直流母线过压时，控制软启动开关断开并将软启动电阻接入直流母线中，通过软启动电阻实现对直流母线电压的过电压的分压，当直流母线上出现过电流时，软启动电阻阻值迅速增大，直流母线上的电流有了大幅度的降低，保证驱动器安全运行，提高了电路运行的效率，保证了伺服驱动器的运行，提高了伺服驱动器的寿命。

进一步地，为了保持一定时间的软启动开关断开状态，使得保护更加精准有效，当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关闭合，将软启动电阻从直流母线中退出，所述安全工作电压阈值小于所述过压阈值。

进一步地，为了将电压的检测落入可检测的范围，所述直流母线电压检测模块包括连接于直流母线的正负极两端的一条分压支路，所述分压支路上串设有至少两个分压电阻。

进一步地，为了简单方便的实现电压的检测和处理，所述控制模块包括比较器、光耦和数字信号处理器，所述比较器的第一输入端连接参考电压，所述比较器的第二输入端连接分压支路的检测电压输出端，所述比较器的输出端连接所述光耦的信号输入端，所述光耦的信号输出端连接所述数字信号处理器的信号输入端，所述数字信号处理器的信号输出端连接所述软启动开关。

进一步地，为了避免驱动器烧坏，大幅度的降低电路中电流，所述软启动电阻包括至少一个ptc电阻。

附图说明

图1是本发明的一种伺服驱动器的结构示意图；

图2是本发明的一种直流母线过压保护控制方法的流程图；

图中，11为软启动电阻、12为软启动开关、13为滤波电容、14为过压检测单元、15为整流模块、16为第一分压电阻、17为第二分压电阻、18为数字信号处理器、21为软启动电路、50为检测电压输出端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

伺服驱动器实施例

本发明提供一种伺服驱动器，如图1所示，包括整流模块15、逆变模块(图中未画出)和直流母线过压保护装置，整流模块15的直流侧与逆变模块的直流侧通过直流母线连接，直流母线过压保护装置包括直流母线电压检测模块、控制模块以及软启动电路21，软启动电路21串设在直流母线上，软启动电路21包括并联设置的软启动开关支路和软启动电阻支路，软启动开关支路上串设有软启动开关12，软启动电阻支路上串设有软启动电阻11，控制模块的信号输入端连接直流母线电压检测模块，控制模块的信号输出端连接软启动开关12，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动开关12断开，将软启动电阻11接入到直流母线中。同时，当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关闭合，将软启动电阻从直流母线中退出，安全工作电压阈值小于过压阈值。

上述软启动电路中的软启动电阻支路并不局限于图1中所示的开关，也可在用类似mos开关管之类的开关器件，软启动电阻支路上不仅可以设置电阻还可以设置相应的继电器、开关管等器件。

上述的直流母线电压检测模块包括串联于直流母线的正负极两端的至少两个分压电阻以及连接到其中一个分压电阻连接点的检测电压输出端，如图1所示，优选，直流母线电压检测模块包括两个分压电阻和检测电压输出端50，其中两个分压电阻分别为第一分压电阻16和第二分压电阻17。

上述的控制模块包括过压检测单元14和数字信号处理器18，优选过压检测单元14包括光耦和比较器，比较器的第一输入端连接参考电压，比较器的第二输入端连接分压支路的检测电压输出端50，比较器的输出端连接光耦的信号输入端，光耦的信号输出端连接数字信号处理器18的信号输入端，数字信号处理器18的信号输出端连接软启动开关12。由于包括光耦和比较器的过压检测单元14仅能够有一个阈值，因此，在实施上述控制模块的功能时，可以不进行安全工作电压阈值条件的判定；当需要进行安全工作电压阈值条件的判定时，可以通过程序的方式进行判断，生成控制指令进行相应的控制；例如，此时可以直接通过采集模块获取相应的电压值信号，将信号传输给控制模块并通过控制模块内部的处理单元进行处理后输出控制指令。

软启动电阻11的元件是热敏电阻，具体的软启动电阻11为至少一个ptc电阻，例如，一个ptc电阻，或者至少两个ptc电阻并联或串联构成，又或者由至少三个ptc电阻混联构成。当直流母线上出现过电流时，ptc电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，ptc电阻瞬间会剧增，回路中的电流迅速减小到安全值。ptc电阻动作后，电路中电流有了大幅度的降低，避免驱动器烧坏。

在直流母线的正负极之间连接有滤波电容13，当通过整流模块15的整流电压首先施加到软启动电路21时，滤波电容13通过软启动电阻11开始充电，而该软启动电阻11的参数按照当电容充电时流入的电流来选取。一旦电路条件满足电容正常运行的要求，软启动开关12将被启动，以使软启动开关12闭合短路软启动电阻11，从而电流会流经软启动开关12。

上述直流母线电压检测中的分压电路的第一分压电阻16阻值比较高，为mw级阻值，以减少第一分压电阻16的功耗。过压检测单元14用来检测检测电压输出端50的电压并把处理结果送入数字信号处理器18。

装置实施例

本发明提供一种直流母线过压保护装置，包括直流母线电压检测模块、控制模块以及用于串设在直流母线上的软启动电路，软启动电路包括并联设置的软启动开关支路和软启动电阻支路，软启动开关支路上串设有软启动开关，软启动电阻支路上串设有软启动电阻，控制模块的信号输入端连接直流母线电压检测模块，控制模块的信号输出端连接软启动开关，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动开关断开，将软启动电阻接入到直流母线中。

同时，当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关闭合，将软启动电阻从直流母线中退出，安全工作电压阈值小于过压阈值。

其中，直流母线电压检测模块、软启动电路和控制模块已在上述伺服驱动器中具体进行了说明，本装置实施例不再赘述。

方法实施例

本发明提供一种直流母线过压保护控制方法，当直流母线电压大于或者等于过压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关12断开，将软启动电阻11接入到直流母线中。

具体如图2所示，包括以下步骤：

步骤s1：获取一个参考电压vref。

获取参考电压vref的时候，参考电压vref的取值根据安全工作电压阈值的幅值来决定。过压阈值应该比安全工作电压阈值的幅值要高，但应该小于滤波电容13会受到损坏的电压水平。

步骤s2：从直流母线电压提取电压u1。

通过分压电路对直流母线电压进行降压，例如，根据第一分压电阻16与第二分压电阻17的比例获取缩放比，定义第一分压电阻16与第二分压电阻17比例为4000:1，则获得电压的缩放比为1/4001，因为驱动器母线电压是一直变化的，对驱动器直流母线的电压要实时采集，每一次采集的值是一个定值，定义为vbus。在进行电压比较的时候，可以将vbus乘以电压缩放比，获取电压u1进行比较；也可以对vbus直接与设定阈值进行比较。

步骤s3：将提取电压通过隔离放大电路生成与参考电压共地的采样电压udc。

从直流母线中提取的电压u1由于不共地的原因不能与参考电压vref直接比较，需要通过隔离放大电路转换成与参考电压vref共地的采样电压udc。

步骤s4：将采样电压udc与参考电压vref进行比较，获得比较结果。

如果采样电压udc小于参考电压vref，比较器输出为0(低电平信号)，如果采样电压udc大于参考电压vref，比较器输出为1(高电平信号)。

步骤s5：将比较结果接入光耦并输出处理信号，送入数字信号处理器。

定义直流母线电压正常时，过压输出结果是0(低电平信号)，将过压输出结果接光耦阳极，此时光耦截止，数字信号处理器18不会接到保护命令信号。

如果直流母线电压过压时，过压输出结果是1(高电平信号)，此时光耦处于导通状态，数字信号处理器18会接到保护信号，提示直流母线过压。

步骤s6：数字信号处理器18根据比较结果判断是否过压，以及在判定过压时控制软启动开关12断开，实现过压保护。

定义直流母线电压正常时，数字信号处理器18发送软启动命令是1(高电平信号)，将软启动命令控制软启动开关12闭合，驱动器正常工作。

如果直流母线电压过压时，数字信号处理器18发送软启动命令是0(低电平信号)，此时软启动开关12断开，ptc电阻接入维持电路工作。当电路因故障而出现过电流时，ptc电阻动作，保护驱动器不因过电流损坏功率器件。

另外，当直流母线电压小于或者等于安全工作电压阈值时，控制软启动电路中的软启动开关12闭合，将软启动电阻11从直流母线中退出，安全工作电压阈值小于过压阈值；该控制由于无法通过一个光耦实现，因此如果方法中包括该部分的控制可以通过软件程序的方式进行两个阈值条件的判断。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。