电机功率驱动保护电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机功率驱动保护电路，本发明通过在伺服控制器和驱动功率放大器之间设置逻辑控制单元，用于根据电机的运行状态和伺服控制器中软件的运行状态输出通道功放使能信号，当电机运行在电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出无效信号，使驱动功率放大器正常工作；当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出有效信号，关断驱动功率放大器，电机停止运转；当伺服控制器输出端的PWM信号处于高电平或低电平时，逻辑控制单元输出有效信号，关断驱动功率放大器，电机停止运转。本发明能显著提高控制系统功率放大器运行安全性，并有效降低控制系统调试仿真以及下载烧写成本，提高调试效率，增强系统可靠性。
【专利说明】电机功率驱动保护电路
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电机功率驱动保护电路，属于电机驱动保护【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在一些控制系统电机驱动方案设计中，针对出现大的惯性阻力矩，W及外部干扰 力矩，如光电侦察平台等控制对象在多传感器共装载时转动惯量较大，并且在载机飞行中 遇到较大风阻力矩等实际应用场合，电机驱动方案设计必须选择较大额定功率的电机，而 由此带来系统启动电流和峰值堵转电流较大的问题，甚至能达到十几安，而且在系统运行 过程中根据上位机输入状态指令电机不免处于突然启动、停车或反向制动的运动状态，由 此造成大的电流冲击，对控制回路很不利，极易造成功率放大器的烧毁，电机堵转损坏，系 统的可靠性降低。
[0003] 目前，在国内外已有的电机驱动功率放大【技术领域】普遍应用具有禁止功能的功率 放大器，一般多采用电机电流采样差分放大，配合硬件比较电路获取逻辑控制信号送给功 率放大器禁止端，实现功放A、B桥PWM输出信号的封锁切换。
[0004] 然而，通过工程实践的应用证明，上述技术存在风险。首先系统峰值堵转电流出 现或者反接制动情况下产生的异常大电流接近所选择功放模块的峰值电流，晶体管易出现 击穿；其次，功放电路保护关断时硬件逻辑电压比较电路的开关频率过高，在系统持续过流 时不断的出现打开关断，开关频率高达功放内部=极管、达林顿管、功率管推荐频率四倍W 上，开关损耗升高，局部温升过大，极易导致=极管和达林顿管烧毁；另外，在伺服控制系统 调试时，DSP处理器程序擦除重新烧写下载时，一般均需要预先断开功放工作电源，否则，软 件烧写时DSP输出的功率放大器PWM脉冲输入信号会不确定失控，在功放供电正常的情况 下，执行电机存在发生飞转的高风险。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种电机功率驱动保护电路，W解决现有功率放大器采用电 机电流采样差分控制所导致的功率放大器易损坏，W及在伺服控制软件调试时无法有效关 断功率放大器致使电机发生飞转的风险。
[0006] 本发明的技术方案是；一种电机功率驱动保护电路，包括伺服控制器、光禪隔离单 元和驱动功率放大器，伺服控制器输出端的PWM信号通过光禪隔离单元接入驱动功率放大 器的输入端，功率放大器的输出端驱动连接电机，驱动功率放大器带有禁止使能端，其特征 在于，所述驱动保护电路还包括逻辑控制单元，该逻辑控制单元用于根据电机的运行状态 和伺服控制器中软件的运行状态输出通道功放使能信号，与驱动功率放大器的禁止使能端 连接，
[0007] 当电机运行在电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出无效信号，使驱动功 率放大器的禁止使能端无效，驱动功率放大器正常工作；
[000引当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动 功率放大器的禁止使能端有效，关断驱动功率放大器，电机停止运转；
[0009] 当伺服控制器输出端的PWM信号处于高电平或低电平时，即伺服控制器中软件处 于非正常运行状态时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端有效， 关断驱动功率放大器，电机停止运转。
[0010] 所述当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，电机停止运转后，伺服电机控制 器输出通道复位信号，逻辑控制单元根据该通道复位信号输出无效信号，使驱动功率放大 器的禁止使能端无效，驱动功率放大器正常工作。
[0011] 所述的逻辑控制单元包括触发器和逻辑电路，逻辑电路采用与非逻辑运算，逻辑 电路的输入端与伺服控制器输出端的通道到位信号LF_LIMIT、通道到位信号RT_LIMIT和 使能信号，用于实现通道到位信号LF_LIMIT和使能信号W及通道到位信号RT_LIMIT和使 能信号的与非运算，所述逻辑电路的输出端连接到触发器的下降沿输入端和置零输入端， 所述触发器的上升沿输入端与伺服控制器输出端的PWM信号连接，所述触发器的输出端与 驱动功率放大器的禁止使能端连接。
[0012] 所述的逻辑电路包括反相器和或口电路，所述反相器的输入端与伺服控制器输出 端的通道到位信号LF_LIMIT、通道到位信号RT_LIMIT和使能信号连接，反相器的输出端与 或口电路的输入端连接，或口电路用于对反相后通道到位信号LF_LIMIT和使能信号W及 通道到位信号RT_LIMIT和使能信号进行或运算，或口电路的两个输出端与触发器的下降 沿输入端和置零输入端连接。
[0013] 所述逻辑控制单元还包括与触发器连接的配置电路，该配置电路包括阻容网络电 阻、阻容网络电容和可调电阻，所述配置电路的阻容网络电阻为R。,,，阻容网络电容为C。,,， 由该配置电路所配置触发器的工作周期为0. 45Rext*Cext，且T ,大于等于伺服控制器 输出端的PWM信号的周期Tp胃。
[0014] 所述的触发器的输出端通过可调电阻接地，该可调电阻的调节端为通道功能使能 信号端，与驱动功率放大器的禁止使能端连接，控制驱动功率放大器的启动。
[0015] 所述的触发器为双可重触发单稳态触发器54肥T123。
[0016] 所述的反相器采用集成电路六反相器54肥T04。
[0017] 所述的或口电路采用集成电路或口 54肥T32。
[001引本发明的有益效果是：本发明通过在伺服控制器和驱动功率放大器之间设置逻 辑控制单元，用于根据电机的运行状态和伺服控制器中软件的运行状态输出通道功放使能 信号，与驱动功率放大器的禁止使能端连接，当电机运行在电机驱动软件限位区域时，逻辑 控制单元输出无效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端无效，驱动功率放大器正常工作； 当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率放大 器的禁止使能端有效，关断驱动功率放大器，电机停止运转；当伺服控制器输出端的PWM信 号处于高电平或低电平时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端 有效，关断驱动功率放大器，电机停止运转。本发明能显著提高控制系统功率放大器运行安 全性，并有效降低控制系统调试仿真W及下载烧写成本，提高调试效率，增强系统可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明实施例中逻辑控制单元的电路组成原理图；
[0020] 图2是本发明实施例中电机功率驱动保护电路的原理框图；
[0021] 图3是电机有限转角运动轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0023] 本发明针对的是具有禁止功能的PWM可关断功率放大器，为可关断功率放大器提 供可编程实现的或者反馈控制电路实现的禁止信号，使得控制系统在伺服控制程序跑飞、 DSP处理器程序擦除重新烧写下载时、DSP处理器调试在线仿真编译过程中、电机软件控制 启停、电机运转至机械限位位置制动、电机驱动软件限位区域到位制动、电机限位制动后反 方向重新启动等各种情况下，具备电机功率驱动启停保护能力，有效保护功率放大器和执 行电机。
[0024] 伺服控制器可同时控制两路及W上的电机，下面W 2路使能逻辑控制信号的产生 为实施用例进行陈述，分别用于产生化1电机功放启停控制信号，化2电机功放启停控制信 号，该里的化1和化2可泛指伺服控制系统中独立运转的2个执行电机功放前向通路。伺 服控制器对于CH1电机所产生的信号包括1个PMW脉宽调制信号PWM_Chl，1个到位信号 LF_LIMIT，1个到位信号RT_LIMIT，1个使能/复位信号EN1，对C肥电机所产生的信号包括 1个PMW脉宽调制信号PWM_Ch2,1个到位信号UP_LIMIT，1个到位信号DOWN_LIMIT，1个使 能/复位信号EN2。
[0025] 本发明的电机功率驱动保护电路如图2所示，包括伺服控制器、光禪隔离单元、逻 辑控制单元和驱动功率放大器，伺服控制器输出端的PWM信号通过光禪隔离单元接入驱动 功率放大器的输入端，功率放大器的输出端驱动连接电机，驱动功率放大器带有禁止使能 端，该逻辑控制单元用于根据电机的运行状态和伺服控制器中软件的运行状态输出通道功 放使能信号，与驱动功率放大器的禁止使能端连接，
[0026] 当电机运行在电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出无效信号，使驱动功 率放大器的禁止使能端无效，驱动功率放大器正常工作；
[0027] 当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动 功率放大器的禁止使能端有效，关断驱动功率放大器，电机停止运转；
[002引当伺服控制器输出端的PWM信号处于高电平或低电平时，即伺服控制器中软件处 于非正常运行状态时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端有效， 关断驱动功率放大器，电机停止运转。
[0029] 该逻辑控制单元包括触发器和逻辑电路，逻辑电路采用与非逻辑运算，逻辑电路 的输入端与伺服控制器输出端的通道到位信号LF_LIMIT、通道到位信号RT_LIMIT和使能 信号，用于实现通道到位信号LF_LIMIT和使能信号W及通道到位信号RT_LIMIT和使能信 号的与非运算，逻辑电路的输出端连接到触发器的下降沿输入端和置零输入端，触发器的 上升沿输入端与伺服控制器输出端的PWM信号连接，触发器的输出端与驱动功率放大器的 禁止使能端连接。
[0030] 本实施中逻辑电路采用六反相器和或口，其它实现与非运算的逻辑电路均为同等 手段替换，都在本发明的保护范围内。触发器采用集成双可重触发单稳态触发器54HCT123， 如图1所示，D1为为六反相器54肥T04, D2为或口 54肥T32, D3为集成触发器54肥T123, D1 的引脚1、引脚11和引脚13分别与伺服控制器的使能/复位信号ENl、到位信号LF_LIMIT 和到位信号RT_LIMIT连接，作为化1的逻辑输入信号，经D1的反相运算后输入到D2中进 行或运算，D2的引脚3与触发器D3的引脚2连接，D2的引脚6与触发器D3的引脚3连接， 触发器D3的引脚1与伺服控制器的PWM脉宽调制信号PWM_Chl连接。即
[0031] PWM_Chl 送给 D3_l 脚
[003引 B_1 = RT-OUT + EN1-OUT = R.T_L!M!T +巨巧=RT_LIMIT ENl,送给 D3_2引脚；
[003引 R1/ = LF_0UT + EN1_0UT = LF_LIM!I + iHl =化LIMIT. ENl，送给 D3_3引脚；
[0034] 同理
[0035] PWM_Ch2，送给 D3_9 脚；
[0036] B_2 = UP OUT + EN2 0UT = lIPjiMlf + EN 2 =晒雨巧丽，送给 〇3_1〇 弓 | 脚；
[0037] R2/ = DOWNOUT + EN20UT = DOWN.LIMIT + Wl = DOWN.LIMIT-EM2,送 给D3_ll引脚
[0038] 54肥T123型双可重触发单稳态触发器，最小触发脉冲宽度（twl)在VCC = 4. 5V， 4化S，在VCC = 6. 0V，为30ns。其逻辑真值表如表1所示，一般可关断功率放大器的禁止使 能端在输入低电平时工作，高电平时关断，故将触发器的e输出端用于可关断功率放大器 的DISA化E/ILIM/S皿N信号输入控制端。
[0039] 表 1
[0040]
【权利要求】
1. 一种电机功率驱动保护电路，包括伺服控制器、光耦隔离单元和驱动功率放大器，伺 服控制器输出端的PWM信号通过光耦隔离单元接入驱动功率放大器的输入端，功率放大器 的输出端驱动连接电机，驱动功率放大器带有禁止使能端，其特征在于，所述驱动保护电路 还包括逻辑控制单元，该逻辑控制单元用于根据电机的运行状态和伺服控制器中软件的运 行状态输出通道功放使能信号，与驱动功率放大器的禁止使能端连接， 当电机运行在电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出无效信号，使驱动功率放 大器的禁止使能端无效，驱动功率放大器正常工作； 当电机运行超出电机驱动软件限位区域时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率 放大器的禁止使能端有效，关断驱动功率放大器，电机停止运转； 当伺服控制器输出端的PWM信号处于高电平或低电平时，即伺服控制器中软件处于非 正常运行状态时，逻辑控制单元输出有效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端有效，关断 驱动功率放大器，电机停止运转。
2. 根据权利要求1所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述当电机运行超出 电机驱动软件限位区域时，电机停止运转后，伺服电机控制器输出通道复位信号，逻辑控制 单元根据该通道复位信号输出无效信号，使驱动功率放大器的禁止使能端无效，驱动功率 放大器正常工作。
3. 根据权利要求2所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的逻辑控制单元 包括触发器和逻辑电路，逻辑电路采用与非逻辑运算，逻辑电路的输入端与伺服控制器输 出端的通道到位信号LF_UMIT、通道到位信号RT_UMIT和使能信号，用于实现通道到位信 号LF_LIMIT和使能信号以及通道到位信号RT_LIMIT和使能信号的与非运算，所述逻辑电 路的输出端连接到触发器的下降沿输入端和置零输入端，所述触发器的上升沿输入端与伺 服控制器输出端的PWM信号连接，所述触发器的输出端与驱动功率放大器的禁止使能端连 接。
4. 根据权利要求3所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的逻辑电路包括 反相器和或门电路，所述反相器的输入端与伺服控制器输出端的通道到位信号LF_LIMIT、 通道到位信号RT_LIMIT和使能信号连接，反相器的输出端与或门电路的输入端连接，或门 电路用于对反相后通道到位信号LF_UMIT和使能信号以及通道到位信号RT_UMIT和使能 信号进行或运算，或门电路的两个输出端与触发器的下降沿输入端和置零输入端连接。
5. 根据权利要求4所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述逻辑控制单元还 包括与触发器连接的配置电路，该配置电路包括阻容网络电阻、阻容网络电容和可调电阻， 所述配置电路的阻容网络电阻为R#，阻容网络电容为(；xt，由该配置电路所配置触发器的 工作周期为Tw= 0. 45Rext*Cext，且T ￥大于等于伺服控制器输出端的PWM信号的周期T PWM。
6. 根据权利要求5所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的触发器的输出 端通过可调电阻接地，该可调电阻的调节端为通道功能使能信号端，与驱动功率放大器的 禁止使能端连接，控制驱动功率放大器的启动。
7. 根据权利要求6所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的触发器为双可 重触发单稳态触发器54HCT123。
8. 根据权利要求6所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的反相器采用集 成电路六反相器54HCT04。
9.根据权利要求6所述的电机功率驱动保护电路，其特征在于，所述的或门电路采用 集成电路或门54HCT32。
【文档编号】H02H7/08GK104485639SQ201510000911
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2015年1月4日 优先权日:2015年1月4日
【发明者】王仁臻, 赵冠军, 于兵, 陈璞, 赵嫔娅, 刘志广 申请人:凯迈（洛阳）测控有限公司