電機功率驅(qū)動保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電機功率驅(qū)動保護電路，本發(fā)明通過在伺服控制器和驅(qū)動功率放大器之間設(shè)置邏輯控制單元，用于根據(jù)電機的運行狀態(tài)和伺服控制器中軟件的運行狀態(tài)輸出通道功放使能信號，當(dāng)電機運行在電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅(qū)動功率放大器正常工作；當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出有效信號，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)；當(dāng)伺服控制器輸出端的PWM信號處于高電平或低電平時，邏輯控制單元輸出有效信號，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)。本發(fā)明能顯著提高控制系統(tǒng)功率放大器運行安全性，并有效降低控制系統(tǒng)調(diào)試仿真以及下載燒寫成本，提高調(diào)試效率，增強系統(tǒng)可靠性。
【專利說明】電機功率驅(qū)動保護電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電機功率驅(qū)動保護電路，屬于電機驅(qū)動保護【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在一些控制系統(tǒng)電機驅(qū)動方案設(shè)計中，針對出現(xiàn)大的慣性阻力矩，W及外部干擾 力矩，如光電偵察平臺等控制對象在多傳感器共裝載時轉(zhuǎn)動慣量較大，并且在載機飛行中 遇到較大風(fēng)阻力矩等實際應(yīng)用場合，電機驅(qū)動方案設(shè)計必須選擇較大額定功率的電機，而 由此帶來系統(tǒng)啟動電流和峰值堵轉(zhuǎn)電流較大的問題，甚至能達到十幾安，而且在系統(tǒng)運行 過程中根據(jù)上位機輸入狀態(tài)指令電機不免處于突然啟動、停車或反向制動的運動狀態(tài)，由 此造成大的電流沖擊，對控制回路很不利，極易造成功率放大器的燒毀，電機堵轉(zhuǎn)損壞，系 統(tǒng)的可靠性降低。
[0003] 目前，在國內(nèi)外已有的電機驅(qū)動功率放大【技術(shù)領(lǐng)域】普遍應(yīng)用具有禁止功能的功率 放大器，一般多采用電機電流采樣差分放大，配合硬件比較電路獲取邏輯控制信號送給功 率放大器禁止端，實現(xiàn)功放A、B橋PWM輸出信號的封鎖切換。
[0004] 然而，通過工程實踐的應(yīng)用證明，上述技術(shù)存在風(fēng)險。首先系統(tǒng)峰值堵轉(zhuǎn)電流出 現(xiàn)或者反接制動情況下產(chǎn)生的異常大電流接近所選擇功放模塊的峰值電流，晶體管易出現(xiàn) 擊穿；其次，功放電路保護關(guān)斷時硬件邏輯電壓比較電路的開關(guān)頻率過高，在系統(tǒng)持續(xù)過流 時不斷的出現(xiàn)打開關(guān)斷，開關(guān)頻率高達功放內(nèi)部=極管、達林頓管、功率管推薦頻率四倍W 上，開關(guān)損耗升高，局部溫升過大，極易導(dǎo)致=極管和達林頓管燒毀；另外，在伺服控制系統(tǒng) 調(diào)試時，DSP處理器程序擦除重新燒寫下載時，一般均需要預(yù)先斷開功放工作電源，否則，軟 件燒寫時DSP輸出的功率放大器PWM脈沖輸入信號會不確定失控，在功放供電正常的情況 下，執(zhí)行電機存在發(fā)生飛轉(zhuǎn)的高風(fēng)險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種電機功率驅(qū)動保護電路，W解決現(xiàn)有功率放大器采用電 機電流采樣差分控制所導(dǎo)致的功率放大器易損壞，W及在伺服控制軟件調(diào)試時無法有效關(guān) 斷功率放大器致使電機發(fā)生飛轉(zhuǎn)的風(fēng)險。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是；一種電機功率驅(qū)動保護電路，包括伺服控制器、光禪隔離單 元和驅(qū)動功率放大器，伺服控制器輸出端的PWM信號通過光禪隔離單元接入驅(qū)動功率放大 器的輸入端，功率放大器的輸出端驅(qū)動連接電機，驅(qū)動功率放大器帶有禁止使能端，其特征 在于，所述驅(qū)動保護電路還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元用于根據(jù)電機的運行狀態(tài) 和伺服控制器中軟件的運行狀態(tài)輸出通道功放使能信號，與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端 連接，
[0007] 當(dāng)電機運行在電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅(qū)動功 率放大器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率放大器正常工作；
[000引當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動 功率放大器的禁止使能端有效，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)；
[0009] 當(dāng)伺服控制器輸出端的PWM信號處于高電平或低電平時，即伺服控制器中軟件處 于非正常運行狀態(tài)時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端有效， 關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)。
[0010] 所述當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，電機停止運轉(zhuǎn)后，伺服電機控制 器輸出通道復(fù)位信號，邏輯控制單元根據(jù)該通道復(fù)位信號輸出無效信號，使驅(qū)動功率放大 器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率放大器正常工作。
[0011] 所述的邏輯控制單元包括觸發(fā)器和邏輯電路，邏輯電路采用與非邏輯運算，邏輯 電路的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和 使能信號，用于實現(xiàn)通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及通道到位信號RT_LIMIT和使 能信號的與非運算，所述邏輯電路的輸出端連接到觸發(fā)器的下降沿輸入端和置零輸入端， 所述觸發(fā)器的上升沿輸入端與伺服控制器輸出端的PWM信號連接，所述觸發(fā)器的輸出端與 驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連接。
[0012] 所述的邏輯電路包括反相器和或口電路，所述反相器的輸入端與伺服控制器輸出 端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和使能信號連接，反相器的輸出端與 或口電路的輸入端連接，或口電路用于對反相后通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及 通道到位信號RT_LIMIT和使能信號進行或運算，或口電路的兩個輸出端與觸發(fā)器的下降 沿輸入端和置零輸入端連接。
[0013] 所述邏輯控制單元還包括與觸發(fā)器連接的配置電路，該配置電路包括阻容網(wǎng)絡(luò)電 阻、阻容網(wǎng)絡(luò)電容和可調(diào)電阻，所述配置電路的阻容網(wǎng)絡(luò)電阻為R。,,，阻容網(wǎng)絡(luò)電容為C。,,， 由該配置電路所配置觸發(fā)器的工作周期為0. 45Rext*Cext，且T ,大于等于伺服控制器 輸出端的PWM信號的周期Tp胃。
[0014] 所述的觸發(fā)器的輸出端通過可調(diào)電阻接地，該可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)端為通道功能使能 信號端，與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連接，控制驅(qū)動功率放大器的啟動。
[0015] 所述的觸發(fā)器為雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54肥T123。
[0016] 所述的反相器采用集成電路六反相器54肥T04。
[0017] 所述的或口電路采用集成電路或口 54肥T32。
[001引本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在伺服控制器和驅(qū)動功率放大器之間設(shè)置邏 輯控制單元，用于根據(jù)電機的運行狀態(tài)和伺服控制器中軟件的運行狀態(tài)輸出通道功放使能 信號，與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連接，當(dāng)電機運行在電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯 控制單元輸出無效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率放大器正常工作； 當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率放大 器的禁止使能端有效，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)；當(dāng)伺服控制器輸出端的PWM信 號處于高電平或低電平時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端 有效，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)。本發(fā)明能顯著提高控制系統(tǒng)功率放大器運行安 全性，并有效降低控制系統(tǒng)調(diào)試仿真W及下載燒寫成本，提高調(diào)試效率，增強系統(tǒng)可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實施例中邏輯控制單元的電路組成原理圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明實施例中電機功率驅(qū)動保護電路的原理框圖；
[0021] 圖3是電機有限轉(zhuǎn)角運動軌跡示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0023] 本發(fā)明針對的是具有禁止功能的PWM可關(guān)斷功率放大器，為可關(guān)斷功率放大器提 供可編程實現(xiàn)的或者反饋控制電路實現(xiàn)的禁止信號，使得控制系統(tǒng)在伺服控制程序跑飛、 DSP處理器程序擦除重新燒寫下載時、DSP處理器調(diào)試在線仿真編譯過程中、電機軟件控制 啟停、電機運轉(zhuǎn)至機械限位位置制動、電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域到位制動、電機限位制動后反 方向重新啟動等各種情況下，具備電機功率驅(qū)動啟停保護能力，有效保護功率放大器和執(zhí) 行電機。
[0024] 伺服控制器可同時控制兩路及W上的電機，下面W 2路使能邏輯控制信號的產(chǎn)生 為實施用例進行陳述，分別用于產(chǎn)生化1電機功放啟停控制信號，化2電機功放啟停控制信 號，該里的化1和化2可泛指伺服控制系統(tǒng)中獨立運轉(zhuǎn)的2個執(zhí)行電機功放前向通路。伺 服控制器對于CH1電機所產(chǎn)生的信號包括1個PMW脈寬調(diào)制信號PWM_Chl，1個到位信號 LF_LIMIT，1個到位信號RT_LIMIT，1個使能/復(fù)位信號EN1，對C肥電機所產(chǎn)生的信號包括 1個PMW脈寬調(diào)制信號PWM_Ch2,1個到位信號UP_LIMIT，1個到位信號DOWN_LIMIT，1個使 能/復(fù)位信號EN2。
[0025] 本發(fā)明的電機功率驅(qū)動保護電路如圖2所示，包括伺服控制器、光禪隔離單元、邏 輯控制單元和驅(qū)動功率放大器，伺服控制器輸出端的PWM信號通過光禪隔離單元接入驅(qū)動 功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端驅(qū)動連接電機，驅(qū)動功率放大器帶有禁止使能 端，該邏輯控制單元用于根據(jù)電機的運行狀態(tài)和伺服控制器中軟件的運行狀態(tài)輸出通道功 放使能信號，與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連接，
[0026] 當(dāng)電機運行在電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅(qū)動功 率放大器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率放大器正常工作；
[0027] 當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動 功率放大器的禁止使能端有效，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)；
[002引當(dāng)伺服控制器輸出端的PWM信號處于高電平或低電平時，即伺服控制器中軟件處 于非正常運行狀態(tài)時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端有效， 關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)。
[0029] 該邏輯控制單元包括觸發(fā)器和邏輯電路，邏輯電路采用與非邏輯運算，邏輯電路 的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、通道到位信號RT_LIMIT和使能 信號，用于實現(xiàn)通道到位信號LF_LIMIT和使能信號W及通道到位信號RT_LIMIT和使能信 號的與非運算，邏輯電路的輸出端連接到觸發(fā)器的下降沿輸入端和置零輸入端，觸發(fā)器的 上升沿輸入端與伺服控制器輸出端的PWM信號連接，觸發(fā)器的輸出端與驅(qū)動功率放大器的 禁止使能端連接。
[0030] 本實施中邏輯電路采用六反相器和或口，其它實現(xiàn)與非運算的邏輯電路均為同等 手段替換，都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。觸發(fā)器采用集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54HCT123， 如圖1所示，D1為為六反相器54肥T04, D2為或口 54肥T32, D3為集成觸發(fā)器54肥T123, D1 的引腳1、引腳11和引腳13分別與伺服控制器的使能/復(fù)位信號ENl、到位信號LF_LIMIT 和到位信號RT_LIMIT連接，作為化1的邏輯輸入信號，經(jīng)D1的反相運算后輸入到D2中進 行或運算，D2的引腳3與觸發(fā)器D3的引腳2連接，D2的引腳6與觸發(fā)器D3的引腳3連接， 觸發(fā)器D3的引腳1與伺服控制器的PWM脈寬調(diào)制信號PWM_Chl連接。即
[0031] PWM_Chl 送給 D3_l 腳
[003引 B_1 = RT-OUT + EN1-OUT = R.T_L!M!T +巨巧=RT_LIMIT ENl,送給 D3_2引腳；
[003引 R1/ = LF_0UT + EN1_0UT = LF_LIM!I + iHl =化LIMIT. ENl，送給 D3_3引腳；
[0034] 同理
[0035] PWM_Ch2，送給 D3_9 腳；
[0036] B_2 = UP OUT + EN2 0UT = lIPjiMlf + EN 2 =曬雨巧麗，送給 〇3_1〇 弓 | 腳；
[0037] R2/ = DOWNOUT + EN20UT = DOWN.LIMIT + Wl = DOWN.LIMIT-EM2,送 給D3_ll引腳
[0038] 54肥T123型雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，最小觸發(fā)脈沖寬度（twl)在VCC = 4. 5V， 4化S，在VCC = 6. 0V，為30ns。其邏輯真值表如表1所示，一般可關(guān)斷功率放大器的禁止使 能端在輸入低電平時工作，高電平時關(guān)斷，故將觸發(fā)器的e輸出端用于可關(guān)斷功率放大器 的DISA化E/ILIM/S皿N信號輸入控制端。
[0039] 表 1
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種電機功率驅(qū)動保護電路，包括伺服控制器、光耦隔離單元和驅(qū)動功率放大器，伺 服控制器輸出端的PWM信號通過光耦隔離單元接入驅(qū)動功率放大器的輸入端，功率放大器 的輸出端驅(qū)動連接電機，驅(qū)動功率放大器帶有禁止使能端，其特征在于，所述驅(qū)動保護電路 還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元用于根據(jù)電機的運行狀態(tài)和伺服控制器中軟件的運 行狀態(tài)輸出通道功放使能信號，與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連接， 當(dāng)電機運行在電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出無效信號，使驅(qū)動功率放 大器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率放大器正常工作； 當(dāng)電機運行超出電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率 放大器的禁止使能端有效，關(guān)斷驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)； 當(dāng)伺服控制器輸出端的PWM信號處于高電平或低電平時，即伺服控制器中軟件處于非 正常運行狀態(tài)時，邏輯控制單元輸出有效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端有效，關(guān)斷 驅(qū)動功率放大器，電機停止運轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述當(dāng)電機運行超出 電機驅(qū)動軟件限位區(qū)域時，電機停止運轉(zhuǎn)后，伺服電機控制器輸出通道復(fù)位信號，邏輯控制 單元根據(jù)該通道復(fù)位信號輸出無效信號，使驅(qū)動功率放大器的禁止使能端無效，驅(qū)動功率 放大器正常工作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的邏輯控制單元 包括觸發(fā)器和邏輯電路，邏輯電路采用與非邏輯運算，邏輯電路的輸入端與伺服控制器輸 出端的通道到位信號LF_UMIT、通道到位信號RT_UMIT和使能信號，用于實現(xiàn)通道到位信 號LF_LIMIT和使能信號以及通道到位信號RT_LIMIT和使能信號的與非運算，所述邏輯電 路的輸出端連接到觸發(fā)器的下降沿輸入端和置零輸入端，所述觸發(fā)器的上升沿輸入端與伺 服控制器輸出端的PWM信號連接，所述觸發(fā)器的輸出端與驅(qū)動功率放大器的禁止使能端連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的邏輯電路包括 反相器和或門電路，所述反相器的輸入端與伺服控制器輸出端的通道到位信號LF_LIMIT、 通道到位信號RT_LIMIT和使能信號連接，反相器的輸出端與或門電路的輸入端連接，或門 電路用于對反相后通道到位信號LF_UMIT和使能信號以及通道到位信號RT_UMIT和使能 信號進行或運算，或門電路的兩個輸出端與觸發(fā)器的下降沿輸入端和置零輸入端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述邏輯控制單元還 包括與觸發(fā)器連接的配置電路，該配置電路包括阻容網(wǎng)絡(luò)電阻、阻容網(wǎng)絡(luò)電容和可調(diào)電阻， 所述配置電路的阻容網(wǎng)絡(luò)電阻為R#，阻容網(wǎng)絡(luò)電容為(；xt，由該配置電路所配置觸發(fā)器的 工作周期為Tw= 0. 45Rext*Cext，且T ￥大于等于伺服控制器輸出端的PWM信號的周期T PWM。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的觸發(fā)器的輸出 端通過可調(diào)電阻接地，該可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)端為通道功能使能信號端，與驅(qū)動功率放大器的 禁止使能端連接，控制驅(qū)動功率放大器的啟動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的觸發(fā)器為雙可 重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54HCT123。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的反相器采用集 成電路六反相器54HCT04。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機功率驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述的或門電路采用 集成電路或門54HCT32。
【文檔編號】H02H7/08GK104485639SQ201510000911
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月4日
【發(fā)明者】王仁臻, 趙冠軍, 于兵, 陳璞, 趙嬪婭, 劉志廣 申請人:凱邁（洛陽）測控有限公司