一种保护电路及伺服驱动器的制作方法

本发明属于掉电保护领域，尤其涉及一种保护电路及伺服驱动器。

背景技术：

近年来随着经济和科技的飞速发展，各类伺服产品开始广泛应用在国民生产生活的方方面面，其中交流伺服电机以其体积小、结构简单、功率因数高、转动惯量小等优点具有最广阔的应用前景。

而随着现代电力电子技术、微电子技术以及控制理论研究的不断深入，交流伺服电机的控制方法也得到了迅猛发展。目前交流伺服系统中普遍采用pwm(pulsewidthmodulation，脉宽调制)控制技术，即经过整流后的主回路电源通过由pwm控制的逆变电路为伺服电机提供所需电能。但当伺服驱动器掉电时，由于主回路电源内部一般都通过容量较大的电解电容来进行稳压，所以主回路电源的电压在掉电后通常下降较为缓慢，而控制回路电源中的稳压电容一般容量较小，控制回路电源在掉电后的电压下降的比较迅速。

故存在以下情况，当由控制回路电源给出的用于控制功率开关器件的门控电压下降为零时，主回路电源的电压还处于较高的水平；此时，由于功率开关器件的门极与集电极之间存在的密勒电容，主回路电源的电流将流过该密勒电容，从而导致功率开关器件的门极电位上升，导致门控电压不再受控制回路电源的控制，极端情况下将会造成主回路电源出现短路的情况。

技术实现要素：

为了解决现有技术中伺服驱动器掉电时会造成主回路短路的问题，本发明提供了一种保护电路及伺服驱动器。

一种保护电路，包括：第一电路、第二电路、断路检测电路、控制电路和开关电路，

所述第一电路的输入端与电源端子连接；

所述断路检测电路的输入端与所述第一电路的输出端连接，所述断路检测电路在所述第一电路断路时生成断路信号；

所述控制电路的输入端与所述断路检测电路的输出端相连接，所述控制电路的输出端通过开关电路与所述第二电路相连接，所述控制电路接收到断路信号时，驱动所述开关电路，将所述第二电路与所述第一电路断开连接。

进一步的，所述控制电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，

所述第三电阻的第一端与所述断路检测电路的输出端连接，第二端分别与所述三极管的基极和第二电阻的第一端连接；

所述三极管的集电极与所述开关电路的输入端连接，发射极与所述第一电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第二端连接；

所述第一电阻的第二端接地。

进一步的，所述三极管为开关三极管。

进一步的，所述开关电路包括：第一开关电路和第二开关电路。

进一步的，所述第一开关电路包括第一继电器，所述第一集电器包括第一输入回路和第一输出回路，所述第一输入回路与所述控制电路的输出端连接，所述第一输出电路与所述第二电路连接。

进一步的，所述第一输入回路包括：第一线圈、二极管和第一电容，

所述第一线圈的第一端与电源端子连接，第二端与所述三极管的集电极连接；

所述第一电容的第一端分别与所述二极管的负极和所述第一线圈的第一端连接，第二端分别与所述二极管的正极和所述第一线圈的第二端连接。

进一步的，所述第一输入回路包括：第一开关，所述第一开关与所述第二开关电路的输入端连接。

进一步的，所述第二开关电路包括：第二继电器，所述第二继电器包括第二输入回路和第二输出回路，

所述第二输入回路与第一继电器的第一输出回路连接，所述第二输出回路与所述第二电路相连接。

进一步的，所述第二输入回路包括：第二线圈、第四电阻、第五电阻和稳压二极管，

所述第二线圈的第一端与所述第五电阻的第一端连接，第二端接地；

所述第五电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接；

所述第四电阻的第二端与所述第一第开关电路的输出端连接；

所述稳压二极管的正极与所述第二线圈的第二端连接，负极与分别所述第二线圈的第一端和第五电阻的第一端连接。

进一步的，所述第二输出回路包括：两个联动的单刀双掷开关，第一单刀双掷开关的固定端与第一开关电路的输出端连接，所述第一单刀双掷开关的活动端分别与第二电路的输入端或第一开关的固定端连接；第二单刀双掷开关的固定端接地，所述第二开关的活动端与第二电路的输入端连接或断开。

一种伺服驱动器，包括上述任一所述的保护电路。

本发明提供的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的技术方案当检测到第一电路掉电时，控制电路控制开关电路工作，使得第二电路与第一电路断开连接，从而保护第二电路。

附图说明

图1是本发明实施例中保护电路示意图；

图2是本发明实施例中通用伺服控制器的整体供电回路示意图；

图3是本发明实施例中保护电路详细结构示意图；

图4是本发明实施例中三相桥式pwm逆变拓扑示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种保护电路，该电路包括：第一电路、第二电路、断路检测电路、控制电路和开关电路，

所述第一电路的输入端与电源端子连接；

所述断路检测电路的输入端与所述第一电路的输出端连接，所述断路检测电路在所述第一电路断路时生成断路信号；

所述控制电路的输入端与所述断路检测电路的输出端相连接，所述控制电路的输出端通过开关电路与所述第二电路相连接，所述控制电路接收到断路信号时，驱动所述开关电路，将所述第二电路与所述第一电路断开连接。

在本申请实施例中，当检测到第一电路掉电时，控制电路控制开关电路工作，使得第二电路与第一电路断开连接，从而保护第二电路。

图2为通用伺服控制器的整体供电回路，当伺服驱动器掉电时，由于主回路电源一般都存在较大电解电容作稳压用(图2中c2、c3)，所以主回路电源电压通常下降较为缓慢，而控制回路电源中的稳压电容一般较小(图2中c1)，控制回路电压下降的比较迅速；故存在以下情况，当由控制回路电源给出的功率开关器件的门控电压(图4中g)下降为零时，主回路电源还处于较高的电压水平；一旦出现此情况，由于功率开关器件门极与集电极之间存在的密勒电容，主回路电流将流过此电容，从而导致门极电位上升，此时本该由控制回路控制的门控信号已经变得不可控，极端情况下将会造成主回路短路的情况。

本发明解决了在伺服驱动器掉电时功率开关器件存在不受控导通的问题。在伺服驱动器掉电时，可以有效避免昂贵的功率模块存在被击穿的风险。

当控制系统检测到伺服驱动器发生掉电行为时，主控芯片会发出驱动信号，从而控制相应的继电器进行相关动作，迫使电解电容与逆变桥断开；而通过两个继电器之间的互联配合，使得一旦继电器发生动作之后，控制信号就无需持续保持，直到主回路中电解电容上的电压下降到零电荷时，继电器才恢复到初始状态，至此就完成了驱动器的掉电保护。

如图3所示，在本申请的一些实施例中，控制电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和三极管，

所述第三电阻的第一端与所述断路检测电路的输出端连接，第二端分别与所述三极管的基极和第二电阻的第一端连接；

所述三极管的集电极与所述开关电路的输入端连接，发射极与所述第一电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第二端连接；

所述第一电阻的第二端接地。

其中，三极管可以是开关三极管或是其他具有开关特性的三极管。

在本申请的一些实施例中，开关电路包括：第一开关电路和第二开关电路。

在本申请的一些实施例中，第一开关电路包括第一继电器，所述第一集电器包括第一输入回路和第一输出回路，所述第一输入回路与所述控制电路的输出端连接，所述第一输出电路与所述第二电路连接。

第一输入回路包括：第一线圈、二极管和第一电容，

所述第一线圈的第一端与电源端子连接，第二端与所述三极管的集电极连接；

所述第一电容的第一端分别与所述二极管的负极和所述第一线圈的第一端连接，第二端分别与所述二极管的正极和所述第一线圈的第二端连接。

第一输入回路包括：第一开关，所述第一开关与所述第二开关电路的输入端连接。

在本申请的一些实施例中，第二开关电路包括：第二继电器，所述第二继电器包括第二输入回路和第二输出回路，

所述第二输入回路与第一继电器的第一输出回路连接，所述第二输出回路与所述第二电路相连接。

第二输入回路包括：第二线圈、第四电阻、第五电阻和稳压二极管，

所述第二线圈的第一端与所述第五电阻的第一端连接，第二端接地；

所述第五电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接；

所述第四电阻的第二端与所述第一第开关电路的输出端连接；

所述稳压二极管的正极与所述第二线圈的第二端连接，负极与分别所述第二线圈的第一端和第五电阻的第一端连接。

第二输出回路包括：两个联动的单刀双掷开关，第一单刀双掷开关的固定端与第一开关电路的输出端连接，所述第一单刀双掷开关的活动端分别与第二电路的输入端或第一开关的固定端连接；第二单刀双掷开关的固定端接地，所述第二开关的活动端与第二电路的输入端连接或断开。

以具有三相桥式pwm逆变拓扑结构的伺服驱动器为例来详细阐述本案的具体实施方式。

正确判断系统掉电行为的发生；当断开图2中断路器时，控制回路、主回路便与供电电源切断，此时整个伺服控制系统便进入掉电阶段，各电路电压开始下降；而当伺服系统正常运行时若电机急加速或电机负载短时间急速增大时主回路也同样存在电压下降的情况，为了避免对系统掉电行为的错误检测，选择控制回路电源电压进行检测显然是更加合理的，因掉电检测电路不是本发明的重点，故不在此展开分析。

当发现系统掉电动作时，系统中的主控芯片会发出一控制信号，经过一次光耦隔离，输出控制信号relay(即如图3左侧所示)，控制信号relay使得继电器1的控制回路(1、2引脚)导通，衔铁吸合，从而继电器1中的3、4号引脚导通。

在图3中继电器2的3、4、5引脚上的衔铁开关对即应于图2中的开关k1；6、7、8引脚上的衔铁开关即对应于图2中的开关k2；可以看出，当无控制信号时(代表系统未检测到掉电动作)，继电器2中的3、4引脚的初始状态是短路连接，即图2中的开关k1在供电正常时处于闭合状态，这就保证了主回路电源的正常工作；而当系统掉电时，由前面分析可知，继电器1的3、4脚短路，进而继电器2中的1、2引脚有电流通过，继电器2进行相应动作，即继电器2中的3、4引脚断开，3、5引脚闭合；6、8引脚断开，7、8引脚闭合，对应到图2分析可知，在系统掉电时，开关k1受控断开，开关k2受控闭合，这一系列动作既保证了主回路电源先于控制回路电源下电，确保了功率开关器件不存在失控情况，同时又提供了r6这条回路对c2、c3中的能量进行释放，确保了驱动器的安全。

当继电器2受控动作后，其已处于自锁状态，即继电器2此时已不受继电器1控制，直到网络net1的电位下降到某特定值以下，继电器2才会恢复到初始状态，这一设计就很好的解决了由于控制回路掉电较快，导致控制信号relay不能在系统掉电后持续控制继电器2的情况。

本发明还提供了一种伺服驱动器，该伺服驱动器包括上述任一保护电路。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、数字信号处理设备(dspdevice，dspd)、可编程逻辑设备(programmablelogicdevice，pld)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。