一种交流伺服驱动器控制电源掉电检测的电路及方法与流程

本发明涉及单相掉电检测领域，尤其是涉及一种交流伺服驱动器控制电源掉电检测的电路及方法。

背景技术：

在三相交流的伺服驱动器运动控制系统中，现有产品在正常上电运转过程中会对三相电源接入的三种状态进行硬件检测(缺相、掉电、正常)，目前还没有针对控制电源掉电进行检测的电路。如果控制电源接触不良造成缺相掉电，驱动器会停止运转，导致客户对产品的质量产生了质疑，但有些情况并非是设计和质量问题，而是实际操作人员接线马虎所造成，这对于设计和维修人员以及对现场维护人员解决问题造成很大的困扰。

经过检索，中国专利公开号为cn206321756u公开了一种掉电检测电路与开关电源电路，具有交流电检测端以及用于与开关电源电路中的pwm控制芯片的输出使能端连接的检测信号输出端；所述掉电检测电路包括交流电采样单元、pnp型三极管及第一电阻；所述交流电检测端通过所述交流电采样单元与所述pnp型三极管的基极连接，所述pnp型三极管的发射极与直流电源连接端连接，所述pnp型三极管的集电极通过所述第一电阻接地；所述pnp型三极管的集电极与所述检测信号输出端连接。在掉电时，掉电检测电路输出检测信号使pwm控制芯片停止输出，进而停止了开关电源电路的电压输出，实现快速掉电保护。该实用新型还保护了一种开关电源电路，通过在开关电源电路的pwm控制芯片周边增加掉电检测电路，实现快速掉电，成本低。但该实用新型针对的还是三相电源接入得硬件检测，不适用于对控制电源掉电进行检测。

技术实现要素：

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交流伺服驱动器控制电源掉电检测的电路及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种交流伺服驱动器控制电源掉电检测的电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、光电耦合器、第一三极管、第二三极管、信号输出端、单相电源、+5v电源和+3.3v电源，所述的第一电阻的一端连接单相电源的l端，所述的第二电阻的一端连接单相电源的n端，所述的第一电阻的另一端分别连接第三电阻的一端和光电耦合器的输入侧阳极，所述的第二电阻的另一端分别连接第三电阻的另一端和光电耦合器的输入侧阴极，所述的光电耦合器的输出侧的一端通过第四电阻连接+5v电源，并通过第五电阻连接第二三极管的基极，所述的光电耦合器的输出侧另一端接地并分别连接第一三极管和第二三极管的发射极，所述的+5v电源通过第六电阻分别连接第一三极管的基极和第二三极管的集电极，所述的第一三极管的集电极连接信号输出端，并通过第七电阻连接+3.3v电源。

优选地，所述的电路掉电时，电容放电到开关电源停止工作时间设计为大于150ms。

优选地，所述的光电耦合器为低速光电耦合器。

优选地，所述的光电耦合器的ctr为200％～400％。

优选地，所述的第一电阻为贴片电阻。

优选地，所述的第二电阻为贴片电阻。

优选地，所述的第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻均为贴片电阻。

一种交流伺服驱动器控制电源掉电检测的方法，该方法实时检测到控制电掉电后，驱动器根据实际的应用自动选择预设的电机停机程序以保护控制对象安全停机，同时保存故障信息，该信息包括掉电故障以及相关的信号，然后发出警报，控制电重新上电后，驱动器根据记录的故障信息和相关信号，对控制电掉电故障进行诊断，分析掉电原因。

优选地，所述的预设的电机停机程序包括位置、速度或者转矩指令的预设曲线，以保护被控对象处在安全位置。

优选地，所述的控制电重新上电后，驱动器根据记录的故障信息和相关信息，对控制电掉电故障进行诊断，包括硬件检测掉电电路输出信号和实时电压信号，以分析控制电掉电原因。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、电路简单可靠，使用普通光电耦合器，三极管，贴片电阻实现。该电路结构充分利用光电耦合器和三极管的特性，实现强弱电安规隔离和信号传输。由于此光电耦合器在电路中的工作频率很低，大约在100hz左右,故可以采用低速光电耦合器，低速光电耦合器具有价格低、电流传输比大的优点。所以设计既兼顾了功能的可靠性又能保证成本经济低廉。

2、巧妙利用掉电之后的电容放电时间，及时的保存故障记录。该电路设计可以在10ms左右立即检测到故障信号，而由于母线储能电容的存在，开关电源的掉电时间设计在该时间十倍以上，可以可靠的记录故障信息，并且固件可以迅速保护现场，以及根据实际应用选取预设的停机程序，便于及时解决问题。

附图说明

图1为本发明的硬件检测电路原理拓扑图。

图2为本发明的控制电掉电保护方法。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种交流伺服驱动器控制电源掉电检测的电路，包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、光电耦合器u1、第一三极管q1、第二三极管q2，所述的第一电阻r1的一端连接单相电源的l端，所述的第二电阻r2的一端连接单相电源的n端，所述的第一电阻r1的另一端分别连接第三电阻r3的一端和光电耦合器u1的输入侧的1脚，所述的第二电阻r2的另一端分别连接第三电阻r3的另一端和光电耦合器u1的输入侧的2脚，所述的光电耦合器u1的输出侧的4脚通过第四电阻r4连接+5v电源，并通过第五电阻r5连接第二三极管q2的b极，所述的光电耦合器u1的输出侧的3脚接地并连接第一三极管q1和第二三极管q2的e极，所述的+5v电源通过第六电阻r6连接第一三极管q1的b极和第二三极管q2的c极，所述的第一三极管q1的c极连接chl，并通过第七电阻r7连接+3.3v电源。

所述的电路掉电时，电容放电到开关电源停止工作时间设计为大于150ms。所述的光电耦合器u1为低速光电耦合器。所述的光电耦合器u1的ctr为200％～400％。

所述的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7均为贴片电阻。

本发明的工作原理：

(1)当单相电正确接入时，输出电压使光电耦合器u1输出信号处于交替导通关断状态，chl得到直流脉动波形，频率由电源供电频率决定，脉宽由输入的供电电压决定。当电压瞬时值经过第一电阻r1、第二电阻r2分压得到光电耦合器u1原边开启的阈值电压时，使得光电耦合器u1可靠导通，此时第二三极管q2的vbe电压被强制拉到低电平而截止，第一三极管q1的vbe高于0.7v(通过r6限流导通)迅速饱和导通，第一三极管q1的vce通过上拉第四电阻r4,chl输出低电平信号；反之，光电耦合器u1关断，第二三极管q2饱和导通，第一三极管q1截止，chl被强制拉高送给mcu实时监测。

(2)当单相电接触不良或者被应力拉断，或者供电电压持续低于阈值电压时，光电耦合器u1停止输出。第二三极管q2的vbe提供合适的偏置压差而进入饱和导通，此时第一三极管q1的vbe偏置电压几乎为零，第一三极管q1迅速关断。chl送到mcu的信号由脉动直流信号变为持续的高电平。由于单相整流后端的储能电容足够大，掉电时电容放电到开关电源停止工作时间可以根据电容放电公式设计大于1s，而实际一个脉动周期时间最大只有10ms，mcu的i/o在两个周期如果捕获不到上升沿可以判定电源掉电。

(3)当mcu固件实时检测到控制电掉电后，驱动器根据实际的应用自动选择预设的电机停机程序以保护控制对象安全停机，同时保存故障信息，包括掉电故障以及相关的信号，然后发出警报，控制电重新上电后，驱动器根据记录的故障信息和相关信号，对控制电掉电故障进行诊断，分析掉电原因，如图2所示。

一种可能的实现方案，mcu在接收掉电故障信息可以及时触发中断机制，通过输出i/o控制电子开关或机械开关控制主电源三相电的通断，同时可以输出信号给上位机控制led灯报警或者也可以加入音乐芯片来报警。判断控制掉电作为单独一项功能参数加入，通过模拟电压采样和掉电实时检测可以判定控制电掉电属于完全掉电故障还是输入欠压异常故障，例如故障信息同时出现控制电欠压和控制电掉电，控制电欠压不触发中断机制，这样再次上电通过故障诊断读电压值和掉电故障信息就可以判定出故障类型(此处欠压的设定阈值高于掉电检测故障阈值确保判断功能可靠)。最后，当单相电源掉电故障发生时，在第一时间切断电路后，可以通过机械抱闸等保护机制，停止电机作业以保护电机及作业人员不受伤害。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。