一种运动控制器的掉电保护电路及保护方法与流程

1.本发明涉及工业运动控制技术领域，尤其是涉及一种运动控制器的掉电保护电路及保护方法。


背景技术：

2.运动控制器作为工业自动化的控制大脑，在整个电气系统断电时也会直接断电，这种情况出现时一方面会损伤运动控制器的存储盘，减少控制器使用寿命，另一方面也会使数据突然丢失，系统再启动后可能会做出错误的动作。
3.目前，为了解决以上问题，常见的有以下几种方案：
4.方案一使用化学电池作为运动控制器的后备电源，化学电池的充电时间会比较长，另外充电过程会发热，如果是封闭在狭小的空间里会存在危险性。
5.方案二是外部电源通过充电管理电路给超级电容组充电，同时超级电容组也做为后续运动控制器及其他电气系统的电源，再通过升降压电路产生运动控制器所需的标准电压。该方案需要分别使用充电管理电路和升降压电路实现相应的功能，且控制系统在上电过程中会受超级电容组充电过程的影响，运动控制器及电气系统上电过程比较慢。
6.方案三使用带掉电管理的系统储存盘，该方案能够保护系统存储盘不受外部电源突然断开的影响，但是不能给整个控制器供电，在外部电源突然断开时与外部的通讯数据会来不及保存。
7.方案四使用ups电源给运动控制器做后备电源，方案较复杂，整体尺寸会比较大，而且价格也比较贵。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不影响正常开关机动作的运动控制器的掉电保护电路及保护方法。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.一种运动控制器的掉电保护电路，包括电压输入线、电压监测电路、滤波保护电路、防电压倒灌电路、双向升降压控制模块和超级电容组，所述电压监测电路、滤波保护电路和防电压倒灌电路设置于电压输入线上，所述电压输入线、双向升降压控制模块和超级电容组依次连接，所述电压输入线和双向升降压控制模块均连接有用于连接所述运动控制器的电源端，所述电压监测电路连接有用于连接所述运动控制器的开关机信号端。
11.进一步地，所述电压监测电路连接于滤波保护电路和防电压倒灌电路之间的电压输入线上。
12.进一步地，所述双向升降压控制模块包括正向同步降压电路和反向同步升压电路，所述正向同步降压电路、超级电容组和反向同步升压电路依次连接。
13.进一步地，所述双向升降压控制模块为具有过流过热保护功能的双向升降压控制芯片，如isl81401芯片。
14.进一步地，所述电压监测电路采用tps3808g01dbvt芯片。
15.进一步地，所述掉电保护电路的各部件集成设置一电路板上。
16.进一步地，所述电路板底部设置有用于使所述掉电保护电路能够叠层设置于所述运动控制器上的固定螺柱。
17.进一步地，所述固定螺柱为贴片镀锡铜螺柱。
18.本发明还提供一种采用如上所述的掉电保护电路的运动控制器掉电保护方法，包括外部电源正常供电模式和电源断开模式，
19.所述外部电源正常供电模式下，外部电源依次通过所述滤波保护电路和防电压倒灌电路为运动控制器供电，同时通过所述双向升降压控制模块向超级电容组充电，
20.所述电源断开模式下，所述电压监测器在接收到外部电源突然断开信号时产生开关机信号，通过所述开关机信号端发送给运动控制器，触发运动控制器的电源开关实现关机，同时所述超级电容组通过双向升降压控制模块为运动控制器供电。
21.进一步地，该方法还包括再次开机模式，在该再次开机模式下，所述电压监测电路监测外部电源是否达到正常供电电压，若是，则直接触发运动控制器的电源开关实现开机，若否，则延时触发运动控制器的电源开关实现开机。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.1)本发明在给超级电容组充电的同时也给运动控制器供电，且外部断电时超级电容组能反向给运动控制器供电，且在超级电容组充放电的过程中集成有多重保护功能，如限流保护、过热保护等；
24.2)当外部供电断开时，超级电容组切换为供应电源，且能零延迟输出所需的工作电压，不影响运动控制器的正常关机动作；
25.3)本发明使用的电路板尺寸很小，可以跟运动控制器一起装在外壳中，很灵活地配合运动控制器实现掉电保护的功能。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图；
27.图2为本发明与运动控制器连接的一种具体实施方式示意图；
28.图3为滤波保护电路和防电压倒灌电路的一种具体实施示意图；
29.图4为电压监测电路的一种具体实施示意图；
30.图5为双向升降压控制模块的一种具体实施示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
32.如图1所示，本实施例提供一种运动控制器的掉电保护电路，包括电压输入线、电压监测电路2、滤波保护电路1、防电压倒灌电路3、双向升降压控制模块和超级电容组6，电压监测电路2、滤波保护电路1和防电压倒灌电路3设置于电压输入线上，电压输入线、双向升降压控制模块和超级电容组6依次连接，电压输入线和双向升降压控制模块均连接有用
于连接运动控制器7的电源端，电压监测电路2连接有用于连接运动控制器7的开关机信号端。
33.本实施例中，电压监测电路2连接于滤波保护电路1和防电压倒灌电路3之间的电压输入线上，外部电源经滤波保护电路后分别输入电压监测电路2和防电压倒灌电路3。滤波保护电路1和防电压倒灌电路3的一种具体实施方式如图3所示，其中，f1和c2实现滤波保护功能，d1实现防电压倒灌功能。
34.在一种实施方式中，双向升降压控制模块包括正向同步降压电路4和反向同步升压电路5，正向同步降压电路4、超级电容组6和反向同步升压电路5依次连接。外部电源供电时，经防电压倒灌电路3的电源为运动控制器7供电，同时通过正向同步降压电路4向超级电容组6充电；外部电源突然断电时，超级电容组6通过反向同步升压电路5为运动控制器7供电。
35.在另一优选的实施方式中，双向升降压控制模块为具有过流过热保护功能的双向升降压控制芯片，即正向同步降压电路功能、反向同步升压电路功能和过流过热保护功能通过一单芯片来实现，使得充电过程中有过流及过热保护，放电过程中具有限流过流保护功能，如采用芯片isl81401，其具体电路如图5所示。该芯片是双向模式，既电源流向可以从输入端到输出端，也可以从输出端到输入端。每个方向都可以是降压模式或者升压模式，降压或者升压模式在芯片外部来看是输入的电压是确定的，输出的电压是根据反馈引脚电压外加分压电阻设置的。也即是说正向供电时根据外部电压及电阻设置为降压模式，反向供电时根据外部电压及电阻设置为升压模式。
36.在一种实施方式中，电压监测电路2采用tps3808g01dbvt芯片，其具体电路如图4所示。电压监测电路位于外部电源的输入端，时刻监测着电源的电压值，当外部电源突然断开时，电压监测电路监测到电源的输入电压值低于设定的值后会立即给运动控制器发送软关机信号，同时超级电容组通过反向同步升压电路给运动控制器供电，可以零延时地由外部电源切换为超级电容组供电，直到运动控制器完成正常关机动作，不会影响存储盘的使用，且完成了通讯数据的正常保存。
37.如图2所示，在一种优选的实施方式中，掉电保护电路的上述各部件集成设置一电路板8上。该电路板8底部设置有用于使掉电保护电路能够叠层设置于运动控制器上的固定螺柱9，本实施例中，固定螺柱9为贴片镀锡铜螺柱。电路板8尺寸较小，增加了功能配置的灵活性。
38.基于上述掉电保护电路的运动控制器掉电保护方法，包括外部电源正常供电模式和电源断开模式，外部电源正常供电模式下，外部电源依次通过滤波保护电路和防电压倒灌电路为运动控制器供电，同时通过双向升降压控制模块向超级电容组充电，电源断开模式下，电压监测器在接收到外部电源突然断开信号时产生开关机信号，通过开关机信号端发送给运动控制器，触发运动控制器的电源开关实现关机，同时超级电容组通过双向升降压控制模块为运动控制器供电。
39.在另一实施方式中，该方法还包括再次开机模式，在该再次开机模式下，电压监测电路监测外部电源是否达到正常供电电压，若是，则直接触发运动控制器的电源开关实现开机，若否，则延时触发运动控制器的电源开关实现开机。
40.上述运动控制器掉电保护方法的具体实现流程包括：
41.a)外部电源正常供电时，外部电压给运动控制器供电，同时使用双向升降压控制器的降压模式给超级电容组充电直至充满。充电过程中具有限流、过流及过热保护功能。
42.b)外部电源突然断开时，由超级电容组通过双向升降压控制器的升压模式反向给运动控制器供电，直到运动控制器完成正常关机。放电过程中具有限流过流保护功能。
43.c)在外部电源从正常供电到突然断开的过程中可以实现从外部电源供电到超级电容组供电的零延迟切换，保证了运动控制器的供电稳定性。
44.d)电压监测器监测到系统外部电源断开时，立即触发运动控制器的开关机信号实现关机，在超级电容组持续的供能下完成正常关机过程，不会丢失数据，也不会对存储介质造成损伤。
45.e)当再次开机时，外部电源未达到正常供电电压范围时，电压监测电路会输出低电平持续一定时间，大约几十毫秒，持续到外部电压达到控制器供电电压，低电平触发控制器的开关机信号，使控制器正常开机。
46.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。