一种安全转矩延时关断控制电路和系统的制作方法

本发明实施例涉及电机控制，尤其涉及一种安全转矩延时关断控制电路和系统。

背景技术：

1、目前，在机械行业中，为防止电机意外起动而发生意外事故，针对驱动器、变频器、伺服驱动器等产品提出了功能安全的相关要求。变频器和伺服驱动器的安全转矩关断(safe torque off，sto)功能是用来断开输出转矩的，例如，机器或人身安全在受到威胁时拍下急停按钮后变频器断电可以让机器停止，转矩停止输出，从而防止机器的意外动作，但是变频器断电重启需要时间，特别是大功率变频器，通断电一次时间很长，对生产效率影响较大。而sto功能可以让变频器在不断电的情况下关断转矩输出，避免变频器通断从而使急停报警快速复位。

2、目前，通常现有的安全转矩延时关断控制电路是立即切断pwm驱动信号，使得驱动器不再输出转矩。这种做法会使机械设备在停止时，在制动器作用下，机械设备立即由高速运行状态变为静止状态，此时机械设备受到停机冲击力极大，会使机械设备中的谐波减速机等精密机构件损坏。因为切断pwm驱动信号瞬间，驱动器转矩输出立即消失，机械设备立即失去动力，以此造成设备损坏概率呈指数递增。

技术实现思路

1、本发明提供一种安全转矩延时关断控制电路和系统，实现驱动器的安全转矩延时关断，达到保护设备的目的。

2、根据本发明的一方面，提供了一种安全转矩延时关断控制电路，应用于机器人驱控一体控制器，安全转矩延时关断控制电路包括安全接口电路、安全转矩输入电路、安全转矩延时关断电路、安全转矩输出监测电路和安全转矩关断状态反馈整形电路；

3、所述安全转矩输入电路与所述安全转矩延时关断电路连接，所述安全转矩输入电路用于根据外部输入的第一保护信号和第二保护信号输出安全转矩触发后的有效信号，并将所述安全转矩触发后的有效信号发送至所述安全转矩延时关断电路；

4、所述安全转矩延时关断电路与所述安全转矩输出监测电路连接，所述安全转矩延时关断电路用于根据所述安全转矩触发后的有效信号的不同电平状态对输出电压进行延时关断；

5、所述安全转矩输出监测电路与所述安全转矩关断状态反馈整形电路连接，所述安全转矩输出监测电路用于根据所述输出电压产生报警反馈信号，并将所述报警反馈信号发送至所述安全转矩关断状态反馈整形电路；

6、所述安全转矩关断状态反馈整形电路与所述安全接口电路连接，所述安全接口电路与所述安全转矩输入电路连接，所述安全转矩关断状态反馈整形电路用于对所述报警反馈信号进行整形后产生电机制动信号。

7、可选地，所述安全转矩输入电路包括第一开关单元、第二开关单元和光耦隔离单元；

8、所述第一开关单元的第一端与第一供电端连接，所述第一开关单元的第二端接入所述第一保护信号，所述第一开关单元的第三端与所述第二开关单元的第三端连接；

9、所述第二开关单元的第一端与第一供电端连接，所述第二开关单元的第二端接入第二保护信号，所述第二开关单元的第四端与所述光耦隔离单元的第一端连接；

10、所述光耦隔离单元的第二端接地，所述光耦隔离单元的第三端与第二供电端连接，所述光耦隔离单元的第四端输出所述安全转矩触发后的有效信号。

11、可选地，所述第一开关单元包括第一电阻、第二电阻和第一三极管，所述第二开关单元包括第三电阻、第四电阻和第二三极管，所述光耦隔离单元包括第五电阻、第六电阻、第一电容、第一光耦、第七电阻、第八电阻和第一二极管；

12、所述第一电阻连接于所述第一三极管的基极和发射极之间，所述第一电阻的第一端与第一供电端连接，所述第二电阻的第一端接入所述第一保护信号，所述第二电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的发射极连接，所述第三电阻的第一端和所述第一供电端连接，所述第四电阻的第一端接入所述第二保护信号，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第二端以及所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及所述第一光耦的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第一电容的第二端以及所述第一光耦的第二端连接后接地，所述第一光耦的第三端与所述第二供电端连接，所述第一光耦的第四端与所述第七电阻的第一端以及所述第八电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第二端以及所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极输出所述安全转矩触发后的有效信号。

13、可选地，所述安全转矩延时关断电路包括安全指示单元、第一放电时间调节单元、第二放电时间调节单元、dcdc开关电源、限流单元、第一稳压单元和第二稳压单元；

14、所述第一稳压单元的第一端与第二供电端以及所述dcdc开关电源的第二端连接，所述第一稳压单元的第二端与所述第一放电时间调节单元的第二端连接，所述第一放电时间调节单元的第一端接入安全转矩触发后的有效信号，并与所述dcdc开关电源的第三端连接，所述dcdc开关电源的第八端与所述限流单元的第一端连接，所述限流单元的第二端与所述dcdc开关电源的第七端以及第九端连接，所述第二稳压单元连接于所述限流单元的第一端和第二端之间，所述安全指示单元连接于所述第二稳压单元的第一端和第二端之间，所述第二放电时间调节单元的第一端与所述安全指示单元的第一端连接，所述第二放电时间调节单元的第二端接地。

15、可选地，所述第一稳压单元包括第二电容、第三电容和第四电容，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第一端以及所述第四电容的第一端连接后与所述第二供电端和所述dcdc开关电源的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端以及所述第四电容的第二端连接后接地；

16、所述第一放电时间调节单元包括第九电阻，第五电容、第六电容和第七电容，所述第九电阻的第一端与所述第五电容的第一端、所述第六电容的第一端以及所述第七电容的第一端连接后与所述dcdc开关电源的第三端连接，所述第九电阻的第二端与所述第五电容的第二端、所述第六电容的第二端以及所述第七电容的第二端连接后接地；

17、所述限流单元包括电感、第八电容、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻，所述电感的第一端与所述dcdc开关电源的第八端连接，所述电感的第二端与所述第八电容的第一端连接，所述第八电容的第二端与所述dcdc开关电源的第五端连接，所述第十电阻的第一端与所述第八电容的第二端连接，所述第十电阻的第二端与所述dcdc开关电源的第七端以及第九端连接，所述第十一电阻和所述第十二电阻连接于所述第八电容的第一端和第二端之间；

18、所述第二稳压单元包括第九电容、第十电容和第十一电容，所述第九电容的第一端与所述第十电容的第一端以及所述第十一电容的第一端连接后与所述第八电容的第一端连接，所述第九电容的第二端与所述第十电容的第二端以及所述第十一电容的第二端连接后与所述第十电阻的第二端连接；

19、所述安全指示单元包括第十三电阻和第二二极管，所述第十三电阻的第一端与所述第十一电容的第一端连接，所述第十三电阻的第二端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第十一电容的第二端连接；

20、所述第二放电时间调节单元包括第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容和第十六电容，所述第十二电容的第一端与所述第十三电容的第一端、所述第十四电容的第一端、所述第十五电容的第一端以及所述第十六电容的第一端连接后与所述第十三电阻的第一端连接，所述第十二电容的第二端与所述第十三电容的第二端、所述第十四电容的第二端、所述第十五电容的第二端以及所述第十六电容的第二端连接后接地；

21、所述安全转矩延时关断电路还包括第十七电容、第三二极管和第十四电阻，所述第十七电容的第一端与所述dcdc开关电源的第一端连接，所述第十七电容的第二端与所述第三二极管的阴极连接，所述第三二极管的阳极与所述dcdc开关电源的第七端以及第九端连接。

22、可选地，所述安全转矩输出监测电路包括ldo电源、第一电压基准单元、第二电压基准单元和光耦单元；

23、所述ldo电源的第一端与第二供电端连接，所述ldo电源的第二端与所述第一电压基准单元的第一端、所述第二电压基准单元的第一端和第五端以及所述光耦单元的第一端连接；

24、所述第一电压基准单元的第二端与所述第二电压基准单元的第四端连接，所述第一电压基准单元的第四端接地；

25、所述第二电压基准单元的第二端与所述安全转矩延时关断电路的输出端连接，所述第二电压基准单元的第三端接地；

26、所述光耦单元的第二端与所述第一电压基准单元的第三端以及所述第二电压基准单元的第六端连接，所述光耦单元的第三端接地，所述光耦单元的第四端输出所述报警反馈信号。

27、可选地，所述ldo电源包括电源芯片、第十八电容、第十九电容和第二十电容，所述第十八电容的第一端与所述第十九电容的第一端以及所述电源芯片的第一端连接后和所述第二供电端连接，所述第十八电容的第二端与所述第十九电容的第二端以及所述电源芯片的第二端连接后接地，所述第二十电容连接于所述电源芯片的第二端和第三端之间，所述电源芯片的第三端为第三供电端；

28、所述第一电压基准单元包括第十五电阻、第二十一电容、第十六电阻、第二十二电容和第一比较器，所述第十五电阻的第一端与所述第三供电端连接，所述第十五电阻的第二端与所述第二十一电容的第一端、所述第十六电阻的第一端以及所述第一比较器的第五端连接，所述第二十一电容的第二端以及所述第十六电阻的第二端连接后接地，所述第二十二电容连接于所述第一比较器的第六端和第五端之间；

29、所述第二电压基准单元包括第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十三电容、第二十电阻、第二十四电容、第二十五电容、第二十一电阻、第二十六电容、第二十七电容和第二比较器，所述第十七电阻的第一端与所述安全转矩延时关断电路的输出端连接，所述第十七电阻的第二端与所述第十八电阻以及所述第二十三电容的第一端连接，所述第十八电阻的第二端和所述第十九电阻的第一端连接，所述第十九电阻的第二端与所述第二十三电容的第二端连接后接地，所述第二十电阻的第一端与所述第二十四电容的第一端以及所述第三供电端连接，所述第二十四电容的第二端与所述第二比较器的第四端连接，所述第二十五电容连接于所述第二比较器的第二端和第三端之间，所述第二十一电阻的第一端与所述第二十电阻的第二端连接，所述第二十一电阻的第二端与所述第二十七电容的第一端连接，所述第二十七电容的第二端与所述第二比较器的第八端连接，所述第二比较器的第一端与所述第一比较器的第七端连接；

30、所述光耦单元包括第二十二电阻、第二十三电阻、第二十八电容、第二十四电阻、第二光耦和第二十五电阻，所述第二十二电阻的第一端与所述第二十三电阻的第一端以及所述第三供电端连接，所述第二十三电阻的第二端与所述第二十八电容的第一端、所述第二十四电阻的第一端以及所述第二光耦的第一端连接，所述第二十二电阻的第二端与所述第一比较器的第七端、所述第二比较器的第一端、所述第二十八电容的第二端、所述第二十四电阻的第二端以及所述第二光耦的第二端连接，所述第二光耦的第三端接地，所述第二光耦的第四端与所述第二十五电阻的第一端连接，所述第二十五电阻的第二端与第一供电端连接。

31、可选地，所述安全转矩关断状态反馈整形电路包括下拉单元、缓冲芯片、电平确定单元、第一滤波单元和第二滤波单元；

32、所述下拉单元的第一端与所述缓冲芯片的第一端连接，所述下拉单元的第二端接地，所述第一滤波单元的第一端接地，所述第一滤波单元的第二端与所述缓冲芯片的第五端以及第四供电端连接，所述电平确定单元的第一端与所述缓冲芯片的第六端连接，所述电平确定单元的第二端与所述第二滤波单元的第一端连接，所述第二滤波单元的第二端接地。

33、可选地，所述下拉单元包括第二十六电阻、所述电平确定单元包括第二十七电阻、所述第一滤波单元包括第二十九电容、所述第二滤波单元包括第三十电容；

34、所述第二十六电阻的第一端与所述缓冲芯片的第一端连接，所述第二十六电阻的第二端接地，所述第二十九电容的第一端接地，所述第二十九电容的第二端与所述缓冲芯片的第五端以及第四供电端连接，所述第二十七电阻的第一端与所述缓冲芯片的第六端连接，所述第二十七电阻的第二端与所述第三十电容的第一端连接，所述三十电容的第二端接地。

35、根据本发明的另一方面，提供了一种安全转矩延时关断控制系统，该安全转矩延时关断控制系统包括：包括上述一方面中任一项所述的安全转矩延时关断控制电路、dsp控制器、缓冲开关、功率器件、电机以及外部控制系统。

36、本发明实施例的技术方案，在给机械致动机构施加动力实现停止过程中，通过安全转矩延时关断电路和安全转矩输出监测电路提供可靠的延时，并在停止后安全可靠切除动力，实现机械设备的可控停止。当设备出现异常紧急情况，需要稳定快速停止运行，并切断动力输出，以避免造成设备损坏与人身安全事故。本发明实施例的技术方案采用纯硬件方式实现驱动器的安全转矩延时关断，安全可靠，可以减小机械设备因停机受到的冲击；安全转矩输出监测电路可以监控驱动电压，可全程监测驱动电压的状态；采用安全转矩延时关断电路实现延时关断，关断可靠，硬件成本较低，性价比高。出现紧急情况时，无需切断主电源，切断安全转矩延时关断电路即可，切断速度更快。当采用主电源切断仍会存在母线电压，其响应速度较慢；设备检修时，无需切断主电源，大大减少了复杂设备的重新启动与初始化时间，节约时间，提高生产效率。综上所述，本发明实施例的技术方案解决了现有技术立即切断pwm驱动信号，机械设备受到停机冲击力极大，机械设备中的谐波减速机等精密机构件损坏的问题。

37、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。