高功率密度伺服电机驱动器的制作方法

文档序号:12181842阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高功率密度伺服电机驱动器,包括:

位于顶层的接口电路板,设置有多个通信接口、与所述伺服电机相关联的多个伺服电机反馈信息接口和电源接口;

位于中间层的控制电路板,设置有基于FPGA的接口信息处理模块、基于DSP的主控模块、基于单片机的通信处理模块以及信息存储模块,用于基于经由所述多个通信接口和所述多个伺服电机反馈信息接口传输的信号以及来自功率驱动电路板的信号,输出PWM信号;

位于底层的功率驱动电路板,设置有隔离型功率逆变模块和容错保护模块,用于接收并且处理所述PWM信号以控制所述伺服电机。

2.如权利要求1所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述多个通信接口包括:CAN总线接口,用于经由CAN总线在所述主控模块与上位机之间传输信号;USB接口和EtherCAT总线接口,用于在所述通信处理模块与上位机之间传输信号;RS232接口,用于经由RS232总线在所述接口信息处理模块与上位机之间传输信号,并且所述多个伺服电机反馈信息接口包括:编码器接口,用于将经过所述接口信息处理模块处理后的信号传输到所述主控模块的EQEP接口;以及霍尔传感器接口,用于将经过所述接口信息处理模块处理后的信号传输到所述主控模块的ECAP接口;JTAG接口,用于仿真器对所述DSP和所述单片机的程序在线调试和烧写;并且所述电源接口由电源模块用于向所述接口电路板、所述控制电路板以及功率驱动电路板供电。

3.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述主控模块包括:

DSP芯片,设置有ADC接口,用于接收电机电流信号、安全扭矩关断(STO)信号以及正余弦编码器信号;设置有ECAP接口,用于接收故障信号以中断程序以及从所述接口信息处理模块接收位置传感信号;设置有EQEP接口,用于从所述接口信息处理模块接收正交编码器格式的各种编码器信号;设置有通用I/O接口,用于经由光耦隔离执行输入/输出功能;设置有TZ管脚,用于接收来自所述容错保护模块的过流、过压、过温保护信号;设置有SPI接口,用于接收存储在所述信息存储模块的控制参数;设置有XINTF接口,用于接收存储在所述信息存储模块的扩展程序;以及设置有PWM输出接口,用于所述DSP芯片在经由所述CAN总线接口从所述上位机接收的控制信号的控制下,使用从所述ADC接口、所述ECAP接口、所述EQEP接口、所述TZ管脚接收的信号以及从所述SPI接口接收的控制参数和从所述XINTF接口接收的扩展程序,执行特定控制算法的伺服运算,以输出PWM信号;

功能接口电路,用于辅助支持所述CAN总线接口、所述通用I/O接口、所述ADC接口、所述ECAP接口、所述EQEP接口、所述TZ管脚以及所述PWM输出接口进行信号传输功能;

掉电复位电路,用于在电源电压低于预定值时产生复位信号;

时钟电路,用于产生用于所述主控模块的时钟信号;以及

JTAG接口电路,用于辅助支持所述仿真器接口。

4.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述接口信息处理模块包括:

信号采集调理电路,设置有数字I/0模块,用于经由光耦隔离电路与FPGA芯片传输信号;设置有霍尔传感器输入模块,用于将霍尔信号经过施密特整形滤波后输入FPGA芯片;设置有增量式编码器信号输入模块,用于经由差分接收器电路在所述主控模块与FPGA芯片之间传输信号;设置有串行绝对值编码器信号输入模块,用于经过RS485收发器在所述主控模块与FPGA芯片之间传输信号;设置有STO模块,用于使能并且输入STO信号;

FPGA芯片,用于经由所述信号采集调理电路与所述主控模块之间传输信号;以及

时钟电路,用于生成用于所述接口信息处理模块的时钟信号;

JTAG接口电路,用于辅助支持所述仿真器接口。

5.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述通信处理模块包括:

USB接口电路,经由EMI滤波和保护电路连接所述USB接口与单片机芯片,用于在所述通信处理模块与上位机之间传输信号;

EtherCAT总线接口电路,经由以太网物理层收发器和EtherCAT从站控制器芯片连接所述EtherCAT总线接口与单片机芯片,用于在所述通信处理模块与上位机之间传输信号;

单片机芯片,用于经由所述USB接口电路和所述EtherCAT总线接口电路与上位机传输信号;

时钟电路,用于生成用于所述通信处理模块的时钟信号;以及

JTAG接口电路,用于辅助支持所述仿真器接口;

其中,所述单片机芯片通过SPI总线与所述主控模块连接,用于上位机与驱动器的实时控制与信息交互;并且通过IIC总线与所述接口信息处理模块连接,用于上位机与所述接口信息处理模块信息交互以及所述接口信息处理模块的程序的在线更新。

6.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述信息存储模块包括:

Flash存储器,经由SPI总线连接所述主控模块,用于所述主控模块固化运行程序;以及

SRAM存储器,经由XINTF总线连接所述主控模块和所述接口信息处理模块,用于提升所述主控模块程序运行速度和容量,以及通过共享部分存储空间的方式实现所述主控模块与所述接口信息处理模块的信息交互。

7.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述隔离型功率逆变模块包括:

PWM信号滤波电路,用于对所述PWM信号进行滤波,并将滤波后的PWM信号传输至隔离驱动电路;

隔离驱动电路,用于对滤波后的PWM信号进行隔离放大,并且将其传输给H桥逆变电路;隔离驱动电路中的自举电路用于提供导通位于上桥臂的用作功率器件的MOSFET的自举电压;

H桥逆变电路,用于由位于其上下桥臂的MOSFET接收经过隔离放大的PWM信号,其中位于下桥臂的MOSFET的源极接地;以及

电流采样电路,用于采集所述伺服电机的电流并传输至所述主控模块的所述ADC接口,用于所述主控模块对所述伺服电机的电流环闭环控制。

8.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述容错保护模块包括:

过流保护电路,用于通过电流监控电路采集所述隔离型功率逆变模块的功率电输入电流信号,并且通过过流比较器电路将所采集的电流信号与预定阈值比较,并且将比较结果传输至所述主控模块的所述TZ管脚;

过压保护电路,用于通过电压监控电路采集所述隔离型功率逆变模块的功率电电压信号,并且通过过压比较器电路将所采集的电压信号与预定阈值比较,并且将比较结果传输至所述主控模块的所述TZ管脚;

过温保护电路,用于通过温度监控电路检测所述功率驱动电路板的温度,并且通过过温比较器电路将所检测的温度与预定阈值比较,并且将比较结果传输至所述主控模块的所述TZ管脚;以及

安全扭矩关断电路,用于将安全力矩关断(STO)信号经由光耦隔离电路传输给所述主控模块的所述ADC接口,

其中,在比较结果不满足保护机制的要求时,所述主控模块停止输出所述PWM信号。

9.如权利要求2所述的高功率密度伺服电机驱动器,其中,所述电源模块包括数字电源变换电路,用于产生向接口供电的数字5V、向所述主控模块、所述接口信息处理模块和所述通信处理模块的接口供电的数字3.3V、向所述主控模块的所述DSP芯片供电的数字1.8V以及向所述功率驱动电路板的所述驱动芯片供电的数字12V;模拟电源变换电路,用于基于数字电压产生模拟电压,以向所述主控模块、所述接口信息处理模块、所述容错保护模块提供模拟3.3V、向所述容错保护模块提供模拟3.0V、向所述通信处理模块提供模拟1.85V、向所述接口信息处理模块提供模拟1.5V;以及电源上电时序控制电路,用于所述主控模块故障后的自恢复。

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