一种用于双足机器人电源的缓启泄放电路的制作方法

本发明属于电源电路，具体涉及一种用于双足机器人电源的缓启泄放电路。

背景技术：

1、双足机器人是一种类似人类形态的机器人，具有两条腿和身体的其它部分，它们通常用于工业自动化、航空航天和社会服务等领域，具有较高的移动性和灵活性与人类相似的外观；一些双足机器人还拥有类似于人类的面部表情和声音生成能力，这使得他们能够更好地与人类进行交互。

2、双足机器人电机的启动转矩很大，会产生巨大的启动电流，严重情况下会烧坏电池保护板。同时，双足机器人电源在各类工况下功率变化很宽，变化量也很大，供电电池无法提供快速响应和大电流供给，容易造成双足机器人电源失效，导致停机。为了解决直接启动的安全隐患和瞬时功率变化的失效问题，需要在电源前面添加缓启电路。

3、双足机器人停机后，缓启电路中的缓启电容仍旧储存大量电荷，维持较高的电压，若不能即时泄放这些电荷，将可能在维护或者在外力损坏后导致触电等安全事故，故需要设计泄放电路来实现电荷的泄放。

4、目前常用的缓启方式有星三角降压启动、自耦降压启动、电抗启动、变频启动和固态启动等。双足机器人的特定使用条件无法使用星三角降压启动、变频启动和固态启动方式。自耦降压启动和电抗启动的设备体积非常庞大，会大大加重双足机器人的电机负担，数字通信电路常用的mos管启动的带负载能力较小，不适用于双足机器人领域。

5、公开号为cn114915156a的中国专利申请提供了一种时间可调的上电软启动电路，该电路采用一个电阻和一个电容构成rc电路，上电后电容缓慢充电，控制芯片在经历一段时间后使能，电源开启，从而实现了缓启；该方案虽然结构简单，但是仅能控制一个芯片的引脚，使用场景很窄，无法应用于双足机器人电源。公开号为cn115864811a的中国专利申请提供了一种伺服驱动器上电缓启能量泄放电路，包括一个双刀双掷开关、一个控制器和电压检测电路，当电源上电后，控制器通过检测电压控制双刀双掷开关的掷向，来控制缓启和泄放；该技术的控制算法比较复杂，且需要使用控制芯片和电压检测电路，设计难度大，成本较高，不利于双足机器人的产业化应用。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明提供了一种用于双足机器人电源的缓启泄放电路，能够实现缓启和电容电量泄放。

2、一种用于双足机器人电源的缓启泄放电路，包括功率电路、延时电路、继电器电路以及泄放电路，其中：

3、所述功率电路由两个继电开关和缓启电容连接组成，缓启电容的两端连接双足机器人电源；

4、所述延时电路用于为继电器电路提供延时控制信号；

5、所述继电器电路根据延时控制信号控制继电开关的通断，从而使双足机器人电源实现缓启功能；

6、所述泄放电路与功率电路连接，用于在电源开关断开时通过内部电容充电开启泄放回路，使得缓启电容的电量快速泄放。

7、进一步地，所述缓启泄放电路还包括有供电电路，供电电路通过电源开关连接电源电压，进而对其进行电压转换从而为延时电路和继电器电路提供供电电压，并为功率电路提供输入电压。

8、进一步地，所述功率电路包括继电开关k1和k2、电阻r1以及缓启电容c1，其中k1的一端可连接泄放电路或输入电压vg，k1的另一端与k2的一端相连，k2的另一端可与r1的一端或c1的一端相连，c1的另一端接地pgnd，r1的另一端与c1的一端相连；k1对应的继电线圈吸合时，k1的一端接输入电压vg，继电线圈释放时，k1的一端接泄放电路；k2对应的继电线圈吸合时，k2的另一端与c1的一端相连，继电线圈释放时，k2的另一端与r1的一端相连。

9、进一步地，所述延时电路包括9个电阻r8～r16、比较器u1a、电容c5、pnp型的三极管q5、2个npn型的三极管q4和q6，其中r9的一端与r10的一端、r11的一端以及u1a的正电源端相连并接供电电压vdd，r11的另一端与r15的一端以及q5的基极相连，r9的另一端与q5的发射极、c5的一端以及u1a的负输入端相连，r10的另一端与r14的一端以及u1a的正输入端相连，q5的集电极与r16的一端相连，r8的一端接供电电压vcc，u1a的输出端与r12的一端相连，r12的另一端与r13的一端以及q4的基极相连，q4的集电极与r8的另一端以及q6的基极相连，q6的发射极与q4的发射极、r13的另一端、r14的另一端、r15的另一端、r16的另一端、c5的另一端以及u1a的负电源端相连并接地sgnd，q6的集电极向继电器电路输出延时控制信号。

10、进一步地，所述继电器电路包括两个继电线圈l1和l2、两个电容c3和c4、两个npn型的三极管q2和q3、两个续流二极管d1和d2以及四个电阻r3、r4、r6和r7，其中l1的一端与d1的阳极相连并接地sgnd，l1的另一端与d1的阴极、r3的一端以及q2的发射极相连，r3的另一端与q2的集电极以及c3的一端相连并接供电电压vcc，c3的另一端与r6的一端相连，r6的另一端与q2的基极相连，l1对应控制继电开关k1且共同组成第一继电器；l2的一端与d2的阳极相连并接延时控制信号，l2的另一端与d2的阴极、r4的一端以及q3的发射极相连，r4的另一端与q3的集电极以及c4的一端相连并接供电电压vcc，c4的另一端与r7的一端相连，r7的另一端与q3的基极相连，l2对应控制继电开关k2且共同组成第二继电器。

11、进一步地，所述泄放电路包括电容c2、nmos管q1以及两个电阻r2和r5，其中r2的一端与q1的漏极以及功率电路中继电开关k1的一端相连，r2的另一端与r5的一端、c2的一端以及q1的栅极相连，r5的另一端与c2的另一端以及q1的源极相连并接地pgnd。

12、进一步地，当电源开关闭合，三极管q5的基极为高电平使得q5截止，电容c5的放电回路断开，c5通过电阻r9进行充电，此时c5的两端电压小于比较器u1a的转换门限，u1a输出高电平，三极管q4饱和导通，三极管q6的基极为低电平使得q6截止，继电线圈l2失电，衔铁释放，输入电压vg通过电阻r1给缓启电容c1充电，此时整个电路进入缓启状态；经过一段缓启时间后，电容c5两端电压达到比较器u1a的转换门限，u1a发生转换输出低电平，三极管q4截止，三极管q6的基极为高电平使得q6饱和导通，此时继电线圈l2有较大电流通过，衔铁吸合，输入电压vg直接接到缓启电容c1的上端，此时整个电路进入正常工作状态；当电源开关断开，三极管q5的基极为低电平使得q5饱和导通，电容c5的放电回路接入，c5快速通过电阻r16进行放电。

13、进一步地，当电源开关闭合后，供电电压vcc接入，通电瞬间电容c3短路，电流通过电阻r6流入三极管q2的基极使得q2饱和导通，电阻r3相当于被短路，进而使得继电线圈l1直接接入vcc达到动作电压，快速完成衔铁吸合动作；随后，电容c3不断被充电，三极管q2的基极电流越来越小，最终q2的vbe电压小于pn结电压使得q2截止，此时电阻r3完全接入进行分压，使得继电线圈l1电压仅仅大于释放电压，从而减小了吸合稳态下的线圈电流，降低了功耗；当电源开关闭合且经过一段缓启时间后，三极管q6饱和导通，导通瞬间电容c4短路，电流通过电阻r7流入三极管q3的基极使得q3饱和导通，电阻r4相当于被短路，进而使得继电线圈l2直接接入vcc达到动作电压，快速完成衔铁吸合动作；随后，电容c4不断被充电，三极管q3的基极电流越来越小，最终q3的vbe电压小于pn结电压使得q3截止，此时电阻r4完全接入进行分压，使得继电线圈l2电压仅仅大于释放电压，从而减小了吸合稳态下的线圈电流，降低了功耗。

14、进一步地，当电源开关断开，继电线圈l1和l2失电释放衔铁，电阻r1的一端接入泄放电路，电容c2通过电阻r2进行充电，当c2两端电压达到nmos管q1的门限电压时，q1逐渐开启，缓启电容c1的电量通过电阻r1快速泄放，直到电容c2的电压降低到nmos管q1的门限电压以下。

15、基于上述技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

16、1.针对双足机器人电源的使用场景，本发明采用电容缓启架构，更好地实现了缓启功能。

17、2.本发明设计的继电器电路功耗很低，节约了能源，简化了散热设计。

18、3.本发明设计了稳定可靠的延时电路，可自由调节延时时间，同时设计了实用的泄放电路来实现电容的电荷泄放，提升了机器人工作的安全可靠性。

19、4.本发明无需使用mcu和控制器，延迟极低，减小了布板面积，去除了编程工作，大大降低了成本。