一种变频器安全转矩关断功能电路的制作方法

本实用新型涉及交流变频传动技术领域，尤其是一种变频器安全转矩关断功能电路。

背景技术：

安全转矩关断（Safe torque off, STO）是一种针对变频器产品的安全功能，其作用是防止电机的意外启动，保证人员及设备安全。现有的变频器安全转矩关断功能电路通常均是采用光耦、三极管、门电路等电子器件组成，电路结构相对复杂，且有的电路采用的是一路STO封锁逆变器上桥驱动、一路逆变器封锁逆变器下桥驱动的设计方案、且没有反馈信号给外部安全控制回路和控制器，造成很大的安全隐患。

技术实现要素：

为解决上述装置所存在的技术不足，本实用新型提供了一种变频器安全转矩关断功能电路，该装置使用元器件数量少、电路结构简单，通过采用两组多触点安全继电器，使装置的安全性与可靠性极高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种变频器安全转矩关断功能电路，包括外部安全控制器，第一安全继电器，第二安全继电器，第一防护电路，第二防护电路，变频器辅助电源，第一指示电路，第二指示电路，第一反馈电路，第二反馈电路，变频器CPU，电源滤波电路，IGBT驱动电路；第一安全继电器、第一防护电路、第一指示电路和第一反馈电路共同组成第一路STO控制通道，第二安全继电器、第二防护电路、第二指示电路和第二反馈电路共同组成第二路STO控制通道，第一安全继电器与第二安全继电器的两个常闭触点串联组成外部安全控制器反馈回路，第一安全继电器的11脚接外部安全控制器的STF-，第一安全继电器的12脚接第二安全继电器的11脚，第二安全继电器的11脚接外部安全控制器的STF+，第一防护电路输入端连接外部安全控制器的STOA+和STOA-，第二防护电路输入端连接外部安全控制器的STOB+和STOB-，第一防护电路输出端连接第一安全继电器的线圈A1和A2，第二防护电路输出端连接第二安全继电器的线圈A1和A2，第一反馈电路、第二反馈电路输出端连接变频器CPU，第一指示电路包括第三限流电阻R3、第三发光二极管LED3，第一安全继电器的21脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的22脚接第一指示电路的第三限流电阻R3的一脚，第二指示电路包括第四限流电阻R4、第四发光二极管LED4，第二安全继电器的21脚接变频器辅助电源，第二安全继电器的22脚接第二指示电路的第四限流电阻R4的一脚，第一反馈电路包括第五限流电阻R5、第三滤波电阻C3，第一安全继电器的33脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的34脚接第一反馈电路的第五限流电阻R5的一脚，第二反馈电路包括第六限流电阻R6、第四滤波电阻C4，第二安全继电器的33脚接变频器辅助电源，第二安全继电器的34脚接第二反馈电路的第六限流电阻R6的一脚，第一安全继电器的43脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的44脚接第二安全继电器的43脚，第二安全继电器的44脚接电源滤波电路，电源滤波电路接IGBT驱动电路，第一安全继电器、第二安全继电器两个常开触点串联、外加电源滤波电路共同组成IGBT驱动电路的供电回路。

所述的第一、第二安全继电器型号为SR4D4024，此继电器带两个常开触点，两个常闭触点，内部采用强制导向的触点结构。

所述的第一防护电路包括第一自恢复保险丝F1、第一滤波电容C1、第一防反接二极管D1、第一限流电阻R1和第一发光二极管LED1、。

所述的第二防护电路包括第二自恢复保险丝F2、第二滤波电容C2、第二防反接二极管D2、第二限流电阻R2和第二发光二极管LED2、。

所述电源滤波电路包括第三自恢复保险丝F3、第一滤波电感L1、第五滤波电容C5和第六滤波电容C6，F3的一脚连接第二安全继电器的44脚，F3另一脚接L1的一脚，L1的另外一脚接+5V1，C5的正极接+5V1、负极接GND，C6接+5V1与GND之间。

所述第一安全继电器与第二安全继电器的两个常开触点串联用于封锁IGBT驱动隔离单元的供电电源。

所述第一和第二安全继电器的常开触点与常闭触点间采用机械互锁设计。

所述第一和第二路STO控制通道相互独立，任何一路均可同时切断所有IGBT驱动隔离光耦的原边二极管正端供电电源、同时将二极管负端电平拉到高电平。

工作流程，第一防护电路的输入信号为第一路STO控制通道输入STOA+和STOA-，输出接第一安全继电器的A1脚和A2脚。第二防护电路的输入信号为第二路STO控制通道输入STOB+和STOB-，输出接第二安全继电器的A1脚和A2脚。

第一安全继电器与第二安全继电器的两个常开触点串联组成外部安全控制器反馈回路，接外部安全控制器的STF+和STF-，具体为：第一安全继电器的11脚接STF-，第一安全继电器的12脚接第二安全继电器的11脚，第一安全继电器的11脚接STF+。

第一指示电路包括第三限流电阻R3、第三发光二极管LED3，用于指示第一安全继电器常闭触点21-22的状态，具体接法：第一安全继电器的21脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的22脚接第三限流电阻R3的一脚，R3的另外一脚接第三发光二极管LED3的阳极，LED3的阴极接+5V。第二指示电路包括第四限流电阻R4、第四发光二极管LED4，用于指示第二安全继电器常闭触点21-22的状态，具体接法：第二安全继电器的21脚接变频器辅助电源，第二安全继电器的22脚接第四限流电阻R4的一脚，R4的另外一脚接第三发光二极管LED4的阳极，LED4的阴极接+5V。

第一反馈电路包括第五限流电阻R5、第三滤波电容C3，用于检测第一安全继电器常开触点33-34的状态，具体接法：第一安全继电器的33脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的34脚接第五限流电阻R5的一脚，R5的另外一脚接第三滤波电容C3的一脚，C3另外一脚送往变频器主控板。第二反馈电路包括第六限流电阻R6，第四滤波电容C4，用于检测第二安全继电器常开触点33-34的状态，具体接法：第二安全继电器的33脚接变频器辅助电源，第二安全继电器的34脚接第六限流电阻R6的一脚，R6的另外一脚接第四滤波电容C4的一脚，C4另外一脚送往变频器主控板。

第一安全继电器与第二安全继电器的两个常开触点串联用于封锁IGBT驱动隔离单元的供电电源。具体为：第一安全继电器的43脚接变频器辅助电源，第一安全继电器的44脚接第二安全继电器的43脚，第二安全继电器的44脚接电源滤波电路。电源滤波电路包括第三自恢复保险丝F3，第一滤波电感L1，第五滤波电容C5，第六滤波电容C6，F3的一脚连接第二安全继电器的44脚，F3另一脚接L1的一脚，L1的另外一脚接+5V1，C5的正极接+5V1、负极接GND，C6接+5V1与GND之间。+5V1即为IGBT驱动电路的供电电源，接往变频器驱动板。

根据STF的开关状态、以及四个发光二极管的状态，均可判断出电路的实际工作状态。

本实用新型的有益效果是，一种变频器安全转矩关断功能电路，通过采用两组多触点安全继电器和两路相互独立的STO控制通道，使用元器件数量少、电路结构简单，使装置的安全性与可靠性极高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型STO功能逻辑表。

图2为本实用新型总体原理框图。

图3为本实用新型的STO电路原理图。

图4为本实用新型中的变频器辅助电源框图。

图5为本实用新型中的IGBT驱动电路原理图。

图中1.外部安全控制器，2.第一安全继电器，3.第二安全继电器，4.第一防护电路，5.第二防护电路，6.变频器辅助电源，7.第一指示电路，8.第二指示电路，9.第一反馈电路，10.第二反馈电路，11变频器CPU，12.电源滤波电路，13.IGBT驱动电路。

图1是本实用新型STO功能逻辑表。表1列出了不同输入组合下功能电路的状态，从表1可见：只有STOA和STOB都为高电平情况下，IGBT驱动才会被使能，STOA或STOB任何一个为低电平，IGBT驱动均被封锁。此外，根据STF的开关状态、以及四个发光二极管的状态，均可判断出电路的实际工作状态。

图4是变频器辅助电源框图，辅助电源采用的是DC/DC单端反激多路输出设计方案，其输入接变频器内部的直流母线DC+和DC-，包括多组隔离输出：PU+/PU-为变频器U相上管IGBT驱动电源、PV+/PV-为变频器V相上管IGBT驱动电源、PW+/PW-为变频器W相上管IGBT驱动电源、PL+/PL-为变频器下三管IGBT驱动电源、+24V/COM为用户电源、+5V/+15V/-15V为控制电源。+5V/+15V/-15V共GND，作为变频器的弱电电路供电电源。+5V经过STO电路控制输出+5V1，作为IGBT隔离驱动单元的原边供电电源。

图5是IGBT驱动电路原理图，这部分电路位于变频器驱动板上。UU1为驱动信号缓冲芯片，其供电电源20脚接+5V1，其六路输出用于驱动6路IGBT驱动光耦3120，UU1的六路输出脚O1-O6分别通过一上拉电阻接至+5V电源、然后分别通过一个限流电阻接至6路驱动光耦3120原边二极管的阴极。6路3120驱动光耦的阳极全部接在+5V1上。驱动光耦OP1驱动U相上管IGBT，二次侧电源为PU+/PU-；驱动光耦OP2驱动V相上管IGBT，二次侧电源为PV+/PV-；驱动光耦OP3驱动W相上管IGBT，二次侧电源为PW+/PW-；驱动光耦OP4驱动U相下管IGBT，二次侧电源为PL+/PL-；驱动光耦OP5驱动V相下管IGBT，二次侧电源为PL+/PL-；驱动光耦OP6驱动W相下管IGBT，二次侧电源为PL+/PL-。当外部安全控制器发出关断转矩命令时，+5V1电源变为0V，UU1输出全部变为+5V，因此6路3120的输出电压全部拉到负电压，所有IGBT被关断。

具体实施方式

参照附图，一种变频器安全转矩关断功能电路，包括外部安全控制器1，第一安全继电器2，第二安全继电器3，第一防护电路4，第二防护电路5，变频器辅助电源6，第一指示电路7，第二指示电路8，第一反馈电路9，第二反馈电路10，变频器CPU11，电源滤波电路12，IGBT驱动电路13；第一安全继电器2、第一防护电路4、第一指示电路7和第一反馈电路9共同组成第一路STO控制通道，第二安全继电器3、第二防护电路5、第二指示电路8和第二反馈电路10共同组成第二路STO控制通道，第一安全继电器2与第二安全继电器3的两个常闭触点串联组成外部安全控制器1反馈回路，第一安全继电器2的11脚接外部安全控制器1的STF-，第一安全继电器2的12脚接第二安全继电器3的11脚，第二安全继电器3的11脚接外部安全控制器1的STF+，第一防护电路4输入端连接外部安全控制器1的STOA+和STOA-，第二防护电路5输入端连接外部安全控制器1的STOB+和STOB-，第一防护电路4输出端连接第一安全继电器的线圈A1、A2，第二防护电路5输出端连接第二安全继电器3的线圈A1、A2，第一反馈电路9、第二反馈电路10输出端连接变频器CPU11，第一指示电路7包括第三限流电阻R3、第三发光二极管LED3，第一安全继电器2的21脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器2的22脚接第一指示电路7的第三限流电阻R3的一脚，第二指示电路8包括第四限流电阻R4、第四发光二极管LED4，第二安全继电器3的21脚接变频器辅助电源6，第二安全继电器3的22脚接第二指示电路8的第四限流电阻R4的一脚，第一反馈电路9包括第五限流电阻R5、第三滤波电阻C3，第一安全继电器2的33脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器2的34脚接第一反馈电路9的第五限流电阻R5的一脚，第二反馈电路10包括第六限流电阻R6、第四滤波电阻C4，第二安全继电器3的33脚接变频器辅助电源6，第二安全继电器3的34脚接第二反馈电路10的第六限流电阻R6的一脚，第一安全继电器2的43脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器的44脚接第二安全继电器3的43脚，第二安全继电器3的44脚接电源滤波电路12，电源滤波电路12接IGBT驱动电路13，第一安全继电器2、第二安全继电器3两个常开触点串联、外加电源滤波电路12共同组成IGBT驱动电路13的供电回路。

所述的第一安全继电器2、第二安全继电器3型号为SR4D4024，此继电器带两个常开触点，两个常闭触点，内部采用强制导向的触点结构。

所述的第一防护电路4包括第一自恢复保险丝F1、第一滤波电容C1、第一防反接二极管D1、第一限流电阻R1和第一发光二极管LED1。

所述的第二防护电路5包括第二自恢复保险丝F2、第二滤波电容C2、第二防反接二极管D2、第二限流电阻R2和第二发光二极管LED2。

所述电源滤波电路12包括第三自恢复保险丝F3、第一滤波电感L1、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6，F3的一脚连接第二安全继电器3的44脚，F3另一脚接L1的一脚，L1的另外一脚接+5V1，C5的正极接+5V1、负极接GND，C6接+5V1与GND之间。

所述第一安全继电器2与第二安全继电器3的两个常开触点串联用于封锁IGBT驱动隔离单元的供电电源。

所述第一安全继电器2和第二安全继电器3的常开触点与常闭触点间采用机械互锁设计。

所述第一和第二路STO控制通道相互独立，任何一路均可同时切断所有IGBT驱动隔离光耦的原边二极管正端供电电源、同时将二极管负端电平拉到高电平。

第一防护电路4的输入信号为第一路STO控制通道输入STOA+和STOA-，输出接第一安全继电器2的A1脚和A2脚。第二防护电路5的输入信号为第二路STO控制通道输入STOB+和STOB-，输出接第二安全继电器3的A1脚和A2脚。

第一安全继电器2与第二安全继电器3的两个常开触点串联组成外部安全控制器1反馈回路，接外部安全控制器1的STF+和STF-，具体为：第一安全继电器2的11脚接STF-，第一安全继电器2的12脚接第二安全继电器3的11脚，第一安全继电器2的11脚接STF+。

第一指示电路7包括第三限流电阻R3、第三发光二极管LED3，用于指示第一安全继电器2常闭触点21-22的状态，具体接法：第一安全继电器2的21脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器2的22脚接第三限流电阻R3的一脚，R3的另外一脚接第三发光二极管LED3的阳极，LED3的阴极接+5V。第二指示电路8包括第四限流电阻R4、第四发光二极管LED4，用于指示第二安全继电器3常闭触点21-22的状态，具体接法：第二安全继电器3的21脚接变频器辅助电源6，第二安全继电器3的22脚接第四限流电阻R4的一脚，R4的另外一脚接第三发光二极管LED4的阳极，LED4的阴极接+5V。

第一反馈电路9包括第五限流电阻R5、第三滤波电容C3，用于检测第一安全继电器2常开触点33-34的状态，具体接法：第一安全继电器2的33脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器2的34脚接第五限流电阻R5的一脚，R5的另外一脚接第三滤波电容C3的一脚，C3另外一脚送往变频器主控板。第二反馈电路10包括第六限流电阻R6，第四滤波电容C4，用于检测第二安全继电器3常开触点33-34的状态，具体接法：第二安全继电器3的33脚接变频器辅助电源6，第二安全继电器3的34脚接第六限流电阻R6的一脚，R6的另外一脚接第四滤波电容C4的一脚，C4另外一脚送往变频器主控板。

第一安全继电器2与第二安全继电器3的两个常开触点串联用于封锁IGBT驱动隔离单元的供电电源。具体为：第一安全继电器2的43脚接变频器辅助电源6，第一安全继电器2的44脚接第二安全继电器3的43脚，第二安全继电器3的44脚接电源滤波电路12。电源滤波电路12包括第三自恢复保险丝F3，第一滤波电感L1，第五滤波电容C5，第六滤波电容C6，F3的一脚连接第二安全继电器3的44脚，F3另一脚接L1的一脚，L1的另外一脚接+5V1，C5的正极接+5V1、负极接GND，C6接+5V1与GND之间。+5V1即为IGBT驱动电路的供电电源，接往变频器驱动板。

根据STF的开关状态、以及四个发光二极管的状态，均可判断出电路的实际工作状态。