技术特征：
1.一种力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，包括接口电路模块、电源电路模块、隔离电路模块、驱动电路模块和碳化硅功率模块；所述接口电路模块的输入端分别与力控关节控制器和母线电源电性连接，其输出端与所述电源电路模块和所述隔离电路模块的输入端电性连接；所述接口电路模块用于输入母线电源和驱动信号，并输出电路反馈信号；所述电源电路模块的输出端分别与所述隔离电路模块和所述驱动电路模块的输入端电性连接；所述电源电路模块用于向所述隔离电路模块和所述驱动电路模块提供供电电压；所述隔离电路模块的输出端与所述驱动电路模块的输入端电性连接；所述隔离电路模块用于对母线电源进行隔离电平转换，并对驱动信号进行隔离；所述驱动电路模块的输出端与所述碳化硅功率模块的输入端电性连接；所述驱动电路模块用于对所述碳化硅功率模块进行驱动，并对母线电源进行过流保护；所述碳化硅功率模块的输出端与所述碳化硅功率模块的输入端电性连接；所述碳化硅功率模块用于采用碳化硅器件组成逆变电路将母线电压逆变输出三相交流电驱动电机运行。2.根据权利要求1所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述接口电路模块包括排线信号接口和母线电源接口；所述排线信号接口用于输入驱动信号，并输出电路反馈信号；其包括连接各路信号的排线p1；所述母线电源接口用于输入母线电源，其包括电源接口j1、与所述电源接口j1的引脚1和引脚2并联的电源电解滤波电容c1、电源滤波电容c2、电源滤波电容c3和电源滤波电容c4，所述电源接口j1的引脚1为电压输出端，引脚2接地。3.根据权利要求2所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述电源电路模块包括母线电源单元和模拟电源单元；所述母线电源单元包括直流转直流电源模块u7；所述直流转直流电源模块u7的电源输入引脚与所述母线电源接口的电压输出端电性连接，并经过并联的滤波电容c32和滤波电容c33接地；所述直流转直流电源模块u7的上拉引脚经过上拉电阻r31与所述母线电源接口的电压输出端电性连接；所述直流转直流电源模块u7的软启动引脚经过电容c34接地；所述直流转直流电源模块u7的输出电压调整引脚经过输出电压调整电阻r32接地；所述直流转直流电源模块u7的开关频率配置引脚经过开关频率配置电阻r33接地；所述直流转直流电源模块u7的电源输出引脚为第一供电端，并经过并联的滤波电容c30和滤波电容c31接地；所述模拟电源单元包括稳压器模块u8；所述稳压器模块u8的电源输入引脚与所述直流转直流电源模块u7的第一供电端电性连接，并经过滤波电容c35接地；所述稳压器模块u8的电源输出引脚经过斩波电感l2分别与第二供电端及并联的滤波电容c36和滤波电容c37接地。4.根据权利要求3所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述隔离电路模块包括三正向一反向的四通道数字隔离器u9、三正向一反向的四通道数字隔离器u10和两正向两反向的四通道数字隔离器u11；所述四通道数字隔离器u9的电源输入引脚与所述稳压器模块u8的第二供电端电性连
接，并经过滤波电容c45接地；所述四通道数字隔离器u9的电源输出引脚与第三供电端电性连接，并经过滤波电容c44接地；所述四通道数字隔离器u9的驱动信号输入引脚与所述排线信号接口的驱动信号接口电性连接；所述四通道数字隔离器u9的驱动信号输出引脚与所述驱动电路模块的输入端电性连接；所述四通道数字隔离器u9的霍尔信号输入引脚与所述电机外带霍尔传感器输出端电性连接；所述四通道数字隔离器u9的霍尔信号输出引脚与所述排线信号接口的霍尔信号接口电性连接；所述四通道数字隔离器u10的电源输入引脚与所述稳压器模块u8的第二供电端电性连接，并经过滤波电容c47接地；所述四通道数字隔离器u10的电源输出引脚与第三供电端电性连接，并经过滤波电容c46接地；所述四通道数字隔离器u10的驱动信号输入引脚与所述排线信号接口的驱动信号接口电性连接；所述四通道数字隔离器u10的驱动信号输出引脚与所述驱动电路模块的输入端电性连接；所述四通道数字隔离器u10的霍尔信号输入引脚与所述电机外带霍尔传感器输出端电性连接；所述四通道数字隔离器u10的霍尔信号输出引脚与所述排线信号接口的霍尔信号接口电性连接；所述四通道数字隔离器u11的电源输入引脚与所述稳压器模块u8的第二供电端电性连接，并经过滤波电容c49接地；所述四通道数字隔离器u11的电源输出引脚与第三供电端电性连接，并经过滤波电容c48接地；所述四通道数字隔离器u11的故障信号输入引脚与所述驱动电路模块的故障信号输出引脚电性连接；所述四通道数字隔离器u11的故障信号输出引脚与所述排线信号接口的故障信号接口电性连接。5.根据权利要求4所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述驱动电路模块包括采用薄膜硅技术的驱动芯片u12；所述驱动芯片u12的驱动信号输入引脚经过电阻r45、r46、r47、r48、r49及r50组成的下拉电路接地；所述驱动芯片u12的故障信号输出引脚经过电阻r44和电容c56组成的上拉电路与第二供电端电性连接并接地；所述驱动芯片u12的电流测量引脚分别经过限流电阻r51、r52及分流电阻r53组成的电流测量电路及滤波电容c57接地；所述驱动芯片u12的电源输入引脚经过并联的滤波电容c50和滤波电容c52与第一供电端电性连接并经过滤波电容c51接地；所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚经过自举电容c53、c54和c55与所述碳化硅功率模块的驱动信号输入引脚电性连接。6.根据权利要求5所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述碳化硅功率模块包括由碳化硅基场效应管q2、q3、q4、q5、q6和q7构成的三相全桥逆变电路；所述碳化硅基场效应管q2的栅极经过门极限流电阻r35与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接；所述碳化硅基场效应管q2的漏极与所述母线电源接口的电压输出端电性连接；所述碳化硅基场效应管q2的源极与所述碳化硅基场效应管q5的漏极电性连接，并经过电阻r38和二极管d2构成的瞬态抑制电路与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，同时与所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述碳化硅基场效应管q5的栅极经过门极限流电阻r41与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，所述碳化硅基场效应管q5的源极接地；所述碳化硅基场效应管q3的栅极经过门极限流电阻r36与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接；所述碳化硅基场效应管q3的漏极与所述母线电源接口的电压输出端电性连接；所述碳化硅基场效应管q3的源极与所述碳化硅基场效应管q6的漏极电性连接，
并经过电阻r39和二极管d3构成的瞬态抑制电路与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，同时与所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述碳化硅基场效应管q6的栅极经过门极限流电阻r42与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，所述碳化硅基场效应管q6的源极接地；所述碳化硅基场效应管q4的栅极经过门极限流电阻r37与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接；所述碳化硅基场效应管q4的漏极与所述母线电源接口的电压输出端电性连接；所述碳化硅基场效应管q4的源极与所述碳化硅基场效应管q7的漏极电性连接，并经过电阻r40和二极管d4构成的瞬态抑制电路与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，同时与所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述碳化硅基场效应管q7的栅极经过门极限流电阻r43与所述驱动芯片u12的驱动信号输出引脚电性连接，所述碳化硅基场效应管q7的源极接地。7.根据权利要求6所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，所述碳化硅功率模块还包括测温热敏电阻rt1，所述测温热敏电阻rt1的两端分别与所述碳化硅功率模块的温度检测引脚t1和t2电性连接。8.根据权利要求6所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，还包括电压测量模块，所述电压测量模块包括隔离式模数转换器u3；所述母线电源接口的电压输出端经过输入整流二极管分别与依次串联的输入分压电阻r12、r13、r14、调试电阻r15和由电感磁珠e1和场效应管q1构成的可编程电子负载电路电性连接；所述调试电阻r15的一端经过并联的分压采样电阻r17和滤波电容c10与所述隔离式模数转换器u3的接地引脚电性连接，所述调试电阻r15的另一端经过滤波电容c11与所述隔离式模数转换器u3的接地引脚电性连接，并与所述隔离式模数转换器u3的电容输入引脚电性连接；所述场效应管q1的栅极经过门极限流电阻r23与所述隔离式模数转换器u3的门极引脚电性连接，且经过门极驱动信号滤波电容c17接地；所述场效应管q1的源极经过负载输入端滤波电容c16接地，且与所述隔离式模数转换器u3的负载输入引脚电性连接；所述隔离式模数转换器u3的ldo输出引脚经过并联的电源滤波电容c18和c19接地；所述隔离式模数转换器u3的二次电源引脚经过并联的电源滤波电容c20和c21接地；所述隔离式模数转换器u3两侧的电源地之间连接隔离电容c26；所述隔离式模数转换器u3的电压检测信号输出引脚经过由电容r19、r20、r21、r22与电容c12、c13、c14、c15构成的rc低通滤波器与所述排线信号接口的电压检测信号接口电性连接；所述隔离式模数转换器u3的中断引脚经过上拉电阻r16与第三供电端电性连接；所述隔离式模数转换器u3的地址配引脚分别经过地址配电阻r18与第三供电端电性连接及地址配电阻r24接地；所述隔离式模数转换器u3的主电源输入引脚与第三供电端电性连接，并经过并联的电源滤波电容c22和c23接地；所述隔离式模数转换器u3的ldo侧电压输入引脚经过并联的电源滤波电容c24和c25接地。9.根据权利要求7所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，还包括温度保护电路模块，所述温度保护电路模块包括双运算放大器u1a和单运算放大器u2；所述双运算放大器u1a的同相输入端经过分压电阻r1和r7构成的分压电路与第三供电端电性连接，且经过滤波电容c9接地；所述双运算放大器u1a的反相输入端与由分压电阻r3、所述碳化硅功率模块的温度检测引脚t1和t2构成的分压电路与第三供电端电性连接，且经过滤波电容c6接地；所述双运算放大器u1a的输出端经过上拉电阻r2与第三供电端电
性连接，且经过滤波电容c8接地，并经过调试电阻r4与所述四通道数字隔离器u9和四通道数字隔离器u10的过温保护引脚电性连接；所述双运算放大器u1a的输出端还经过串联的电阻r5与发光二极管dp1构成的指示灯电路接地；所述双运算放大器u1a的电源端与第三供电端电性连接，且经过滤波电容c5接地；所述单运算放大器u2的同相输入端经过调试电阻r6与所述双运算放大器u1a的同相输入端电性连接，并经过调试电阻r9接地；所述单运算放大器u2的反向输入端经过电压反馈电阻r10和r11构成的电压反馈电路与所述单运算放大器u2的输出端电性连接；所述单运算放大器u2的输出端经过限流电阻r8与所述排线信号接口的电压反馈接口电性连接；所述单运算放大器u2的电源端与第三供电端电性连接，且经过滤波电容c7接地。10.根据权利要求8或9所述的力控关节碳化硅单管驱动器电路，其特征在于，还包括电流测量电路，所述电流测量电路包括霍尔磁电流传感器u4、u5和u6；所述霍尔磁电流传感器u4的电流检测引脚分别与所述碳化硅功率模块的三相交流电输出接口及所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述霍尔磁电流传感器u4的电源输入引脚与第三供电端电性连接，且经过输入电源滤波电容c27接地；所述霍尔磁电流传感器u4的电流量反馈引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r25与第三供电端电性连接；所述霍尔磁电流传感器u4的过流保护输出引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r26与第三供电端电性连接；所述霍尔磁电流传感器u5的电流检测引脚分别与所述碳化硅功率模块的三相交流电输出接口及所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述霍尔磁电流传感器u5的电源输入引脚与第三供电端电性连接，且经过输入电源滤波电容c28接地；所述霍尔磁电流传感器u4的电流量反馈引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r27与第三供电端电性连接；所述霍尔磁电流传感器u4的过流保护输出引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r28与第三供电端电性连接；所述霍尔磁电流传感器u6的电流检测引脚分别与所述碳化硅功率模块的三相交流电输出接口及所述电机的三相交流电输入接口电性连接；所述霍尔磁电流传感器u6的电源输入引脚与第三供电端电性连接，且经过输入电源滤波电容c29接地；所述霍尔磁电流传感器u4的电流量反馈引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r29与第三供电端电性连接；所述霍尔磁电流传感器u6的过流保护输出引脚与所述排线信号接口的电流检测接口电性连接，且经过上拉电阻r30与第三供电端电性连接。
技术总结
本发明公开了一种力控关节碳化硅单管驱动器电路，其包括接口电路模块、电源电路模块、隔离电路模块、驱动电路模块和碳化硅功率模块，并进一步包括电压测量模块、温度保护电路模块和电流测量模块。本发明采用碳化硅场效应管单管作为功率器件，使得碳化硅功率模块具备了更高的功率密度比、更高的开关频率、较高的温度耐受等优点，从而减小了驱动器尺寸和体积，提高了机器人控制的响应速率，使得驱动器更容易集成到较小的机器人关节中，适合应用于协作机器人和服务机器人关节。协作机器人和服务机器人关节。协作机器人和服务机器人关节。
技术研发人员：门正兴 王子强 何正琛 刘纪 郑金辉 唐鑫 陈诚 马亚鑫 刘琼
受保护的技术使用者：成都航空职业技术学院
技术研发日：2021.06.25
技术公布日：2021/9/21