一种用于机器人伺服系统的降压变换电路的制作方法

本发明属于电子行业的电源领域。

背景技术：

电源是一切用电设备的动力源泉，电源就像心脏一样为电子产品的正常工作提供源源不断的能量。在机器人伺服系统中，一个稳定可靠且效率高的电源显得尤为重要，电源质量的好坏直接关系到整个机器人控制系统的健壮性。由于系统电源输入为三相交流电，经过整流后直流电压高达五百伏以上，用传统的线性直流变换器无法满足要求。在机器人伺服系统中，控制电路部分大多为集成电路芯片，这些芯片的电源纹波因该尽可能小以确保稳定地控制。但在系统实际运行过程中系统的电流和功率都较大，并且电路的电流会随着负载的变化而变化，所以需要电源在能够提供足够电流的情况下尽可能提高效率。现有的电源方案纹波普遍较大并且效率难以做的很高。

技术实现要素：

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种用于机器人伺服系统的降压变换电路。

本发明包括第一n沟道场效应管q1、第二n沟道场效应管q2、滤波电感l，滤波电解电容c；所述的输入电压为三相交流电经过整流桥整流后再经过电解电容滤波得到的直流电压，直流母线电压与第一n沟道场效应管q1的漏极连接，第一n沟道场效应管q1的源极和滤波电感l的一端连接，第二n沟道场效应管q2的漏极和第一n沟道场效应管q1的源极以及滤波电感l的一端连接在一起，第二n沟道场效应管q2的源极和系统的公共端连接，滤波电感l的另一端和滤波电解电容c的正极连接，滤波电解电容c的负极和系统的公共端连接，第一n沟道场效应管q1的栅极和第二n沟道场效应管q2的栅极均与pwm控制器输出端连接。

所述的第一n沟道场效应管q1的导通内阻低于0.7mω。

所述的第二n沟道场效应管q2的导通内阻低于0.7mω。

所述滤波电感l为带磁芯的功率电感。

所述滤波电解电容c为大容量的电解电容。

本发明的有益效果：输出电压纹波低，电源效率高，长时间工作稳定性高，电路结构简单，电路维护简单，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的电路图。

图2是本发明中第一n沟道场效应管q1和第二n沟道场效应管q2工作时的栅极驱动信号周期图。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明是一种用于机器人伺服系统的降压变换电路，包括第一n沟道场效应管q1(sts19n3llh6)、第二n沟道场效应管q2(sts19n3llh6)、滤波电感l、滤波电解电容c。

输入电压为三相交流电经过整流桥整流后再经过电解电容滤波得到的直流电压，直流母线电压与第一n沟道场效应管q1的漏极连接，第一n沟道场效应管q1的源极和滤波电感l的一端连接，第二n沟道场效应管q2的漏极和第一n沟道场效应管q1的源极以及滤波电感l的一端连接在一起，第二n沟道场效应管q2的源极和系统的公共端连接，滤波电感l的另一端和滤波电解电容c的正极连接，滤波电解电容c的负极和系统的公共端连接，第一n沟道场效应管q1的栅极和第二n沟道场效应管q2的栅极均与pwm控制器输出端连接。

其中，所述的第一n沟道场效应管q1的导通内阻低于0.7mω；所述的第二n沟道场效应管q2的导通内阻低于0.7mω；所述滤波电感l为带磁芯的功率电感；所述滤波电解电容c为大容量的电解电容；其中，这里采用输出电压纹波小、用导通内阻极低的第二n沟道场效应管q2为储能电感提供续流回路，减小损耗提高电源效率。

本发明通过pwm控制器置高第一n沟道场效应管q1的栅极以及置低第二n沟道场效应管q2的栅极，使第一n沟道场效应管q1导通第二n沟道场效应管q2截止，使得输入电压经过第一n沟道场效应管q1、储能电感、系统后极负载形成回路，输入电压vin通过第一n沟道场效应管q1和电感l对电容c进行充电，输出电压vout逐渐升高。当变换器的输出电压达到一定的大小后，通过pwm控制器置高第二n沟道场效应管q2的栅极以及置低第一n沟道场效应管q1的栅极，使第二n沟道场效应管q2导通第一n沟道场效应管q1截止，使得输入电压与充电回路阻断，由于储能电感l的续流作用此时滤波电感l、系统后极负载、第二n沟道场效应管q2形成续流回路。因为储能电感l是无源元件，在理想条件下，储能电感l在各开关周期内，只传递能量，不能消耗能量。由电感的伏秒平衡法则可以得到:

输出电压:

其中d为q1管的栅极驱动信号占空比，由附图2可知，

占空比:

式中为n沟道场效应管q1的导通时间，为n沟道场效应管q1的关断时间，t为n沟道场效应管栅极驱动信号周期。在整个工作过程中，n沟道场效应管q1与n沟道场效应管q2的栅极驱动信号为互补的信号，即当n沟道场效应管q1导通时,n沟道场效应管q2关断，当n沟道场效应管q1关断时n沟道场效应管q2导通。

由附图2可知,n沟道场效应管的栅极驱动信号占空比d小于1，因此可得到输出电压不大于输入电压，所以这个电路拓扑结构可以实现降压转换功能，并且可以通过改变pwm控制器的输出占空比d来调节输出电压的大小。传统的降压变换器的拓扑结构中，常选用肖特基二极管作为续流二极管,但是，肖特基二极管具有较大的导通电压，在变换器工作在续流阶段时，续流二极管正向导通，产生很大的导通损耗，使得电源效率降低，而本发明用导通内阻很低的第二n沟道场效应管q2提供续流回路，降低了变换器在导通期间的损耗，从而提高了整个系统的效率。

技术特征：

技术总结
一种用于机器人伺服系统的降压变换电路，属于电子行业的电源领域，包括第一N沟道场效应管Q1、第一N沟道场效应管Q2、滤波电感L，滤波电解电容C；本发明使用导通内阻极小的第一N沟道场效应管Q2为滤波电感提高续流回路，降低了整个电源变换器在导通期间的损耗，从而减小了系统的发热量，提高了电源效率保证了机器人伺服系统长时间稳定地工作。

技术研发人员：高明煜;顾群;陈建冬;黄健;黄继业;何志伟;曾毓;吴占雄;李芸
受保护的技术使用者：江苏威尔曼科技有限公司;杭州电子科技大学
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2019.03.08