CN102664579B - 一种电磁制动器的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于开关控制技术领域，公开了一种电磁制动器的控制装置，包括主电路、控制电路和保护电路。本发明采用两个555定时器构成的两个单稳态触发器经过逻辑门电路的逻辑关系变换，控制IGBT导通角的大小，进而控制电磁制动器线圈两端的电压。在该控制装置中，含有带前馈作用的过零触发电路，当控制装置输入电压变化时，过零触发电路能通过其前馈环节的调节稳定电磁线圈两端的电压；还含有高效快速的放电回路，能快速释放断电后电磁铁线圈中的能量，同时还含有欠压保护、短路保护、开路保护等保护措施，使得电磁制动器运行更加安全稳定可靠。

Description

一种电磁制动器的控制装置

技术领域

本发明属于开关控制技术领域，特别涉及一种用于对例如翻车机的制动器装置等电磁制动器装置的电磁线圈的励磁状态进行控制的电磁制动器的控制装置。

背景技术

制动器在工业生产中广泛应用于起重机械，矿山机械、港口设备、建筑机械及各种自动化设备中，是大型可移动设备不可缺少的组成部分。目前，国内外制动器处于新老交替的时代，老式制动电磁铁存在起动及维持电流较大、功率因数低、体积大、故障率高、高能耗、高噪声等缺点；而液压制动器存在漏油的风险，轻则污染环境，造成润滑油的浪费，重则引起液压设备缺油拉缸，造成设备损坏。随着电子器件的飞速发展和成熟应用，电磁式制动器日益取代了液压式制动器，并应用于各种设备中。

电磁制动器具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。其作为电磁机构的一种，是根据电磁铁原理，利用电磁吸力将电能转化为机械能，从而达到制动效果的一种制动设备，在机械传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用。电磁制动器能够适应现代工业的高速发展对生产制造过程的平稳性、安全可靠性等方面提出的要求，广泛应用与定位及要求急停的场合。

电磁制动器主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体，利用改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。控制系统是电磁制动器的核心，它的性能直接决定了电磁制动器的性能。其主要作用是产生控制信号，并以电流或者电压的形式作用在电磁线圈上，从而实现对电磁制动器的控制。制动器控制器的工作过程分为两个阶段：吸合阶段和吸持阶段。为了确保电磁制动器迅速打开，吸合阶段的大电流持续的时间一定要足够长；但时间也不能过长，因为在通过大电流的时候电磁线圈的温度会很快的升高，如果时间过长，电磁线圈很容易烧毁，所以这个时间要精确控制；在吸持阶段，电磁线圈只需要一个比较小的电流就可以维持吸合的状态，如果维持电流过大，不仅浪费电能，而且电磁铁的温度会一直比较高，影响设备的使用寿命。但是如果电流过小的话就有可能造成电磁吸力过小，吸合失败，造成电磁制动器的误动。因此，在吸持阶段也需要对电流的大小进行精确的控制。另外，制动器工作现场工况条件很差，其供电电源可能会有较大的电压波动、电流谐波等电能质量问题。因而控制器的好坏直接关系到电磁制动器能否正常工作。

目前，常见的控制系统设计方法是采用数字电路控制晶闸管的移相触发，通过调节晶闸管导通时刻的相位来达到控制输出的目的。可数字电路结构复杂、使用寿命短、抗扰性能力差、移相触发角较大时控制精度会降低，在恶劣的工况条件下，制动器可能发生误动。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁制动器的控制装置，以克服现有技术的控制系统结构复杂、抗干扰性能力差、制动器可能发生误动的缺陷。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种电磁制动器的控制装置，所述装置包括主电路和控制电路；

所述主电路包括主电源电路和开关电路；所述主电源电路用于将输入的交流电源转换为直流电源；所述开关电路分别与所述控制电路、主电源电路和电磁制动器连接，用于在所述控制电路的控制下，通过开关周期性的导通与关断将所述主电源电路的输出电压进行改变后为电磁线圈供电；

所述控制电路包括辅助电源电路、过零触发电路、第一555定时电路、第二555定时电路、选择电路和开关驱动电路；所述辅助电源电路用于将输入的交流电源转换为稳定的直流电源，为所述保护电路和控制电路中的其它电路供电；所述过零触发电路分别与所述辅助电源电路、第一555定时电路和第二555定时电路连接，用于从所述辅助电源电路中采集电平信号，并根据所述电平信号生成用于控制开关的开通和关断的时间基准信号；所述第一555定时电路由第一555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第一占空比信号；所述第二555定时电路由第二555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第二占空比信号，所述第一占空比信号和第二占空比信号的占空比不同；所述选择电路分别与所述第一555定时电路、第二555定时电路和开关驱动电路连接，用于对所述第一占空比信号和第二占空比信号进行选择，并将选择的占空比信号发送到所述开关驱动电路；所述开关驱动电路用于根据接收到的占空比信号，驱动所述开关电路中的开关进行导通与关断。

其中，所述主电源电路包括滤波电路和整流电路，所述滤波电路由两个滤高频波的小容值的电容串联后再与一个滤低频波的大容值的电容并联而成，所述整流电路为由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路。

其中，所述开关电路包括开关、开通缓冲电路和零电压开关准谐振电路；

所述开关为全控型开关管IGBT，其控制端接收所述控制电路的控制信号，所述IGBT根据所述控制信号进行导通与关断，其集电极接收所述主电源电路的输出电压，其发射极在所述IGBT导通时将所述主电源电路的输出电压输出到所述电磁线圈；

所述开通缓冲电路用于抑制所述IGBT开通时的电流过冲和减小IGBT开通损耗，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管和第一电感，所述第一电阻与所述第一二极管串联后与所述第一电感并联，所述第二电阻与所述第二二极管串联后与所述第一电感并联，其中所述第一电阻与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻与所述第二二极管的负极连接；所述第一电感与所述第一电阻连接的一端，连接到所述主电源电路的输出端；所述第一电感与所述第一二极管的正极连接的一端，连接到所述IGBT的集电极

所述零电压开关准谐振电路用于吸收所述开关的关断过电压、减小关断损耗，包括第三二极管、第一压敏电阻和第一电容；所述第三二极管的正极与所述IGBT的发射极连接，负极与所述IGBT的集电极连接；所述第一压敏电阻的两端分别与所述IGBT的集电极和发射极连接；所述第一电容的一端与所述IGBT的发射极连接，另一端与所述第一二极管的负极连接。

其中，所述装置还包括放电回路，所述放电回路包括并联在所述电磁制动器的电磁线圈两端的第四二极管，所述第四二极管的正极与所述主电源电路的地连接，负极与所述IGBT的发射极连接。

其中，所述过零触发电路从所述辅助电源电路中采集到第一电平信号和第二电平信号，所述过零触发电路包括前馈电路和比较电路；所述前馈电路根据所述第二电平信号生成前馈信号，所述比较电路对所述第一电平信号和前馈信号进行比较，并将比较结果发送到第一555定时电路和第二555定时电路；所述比较结果包括两种情况：当所述第一电平信号大于前馈信号时为高电平，当所述第一电平信号小于前馈信号时为低电平。

其中，所述前馈电路包括第一基准电压电路、第二基准电压电路、第一减法电路和第二减法电路；所述第二减法电路的正输入端接收所述第二电平信号，负输入端与所述第二基准电压电路的输出端连接，输出端与所述第一减法电路的负输入端连接；所述第一减法电路的正输入端与所述第一基准电压电路的输出端连接，对所述第一基准电压电路的输出信号和所述第二减法电路的输出信号进行比较后生成前馈信号，并将所述前馈信号从输出端输出到所述比较电路。

其中，所述选择电路包括时间继电器、两个与门、一个非门和一个或门；所述第一555定时电路的输出信号与所述时间继电器输出的跳变信号通过一个与门进行逻辑与运算，所述时间继电器输出的跳变信号经非门后和所述第二555定时电路的输出信号通过另一个与门进行逻辑与运算，两个与门的输出通过或门进行逻辑或运算。

其中，所述装置还包括欠压保护电路、短路保护电路和开路保护电路，三种保护电路用于从所述主电路上采集电流或电压信号，并根据所述信号判断所述装置是否发生故障，如果发生故障则关断所述开关电路中的开关。

其中，所述三种保护电路由所述辅助电源电路供电。

其中，所述装置还包括故障指示灯，用于当所述装置是否发生故障时进行故障指示。

（三）有益效果

本发明的电磁制动器的控制装置采用模拟电路，设计电路简单，抗干扰能力强，达到了工业中电磁制动器启动时需要高电压或大电流（强励起动）启动后只需要低电压或小电流来维持(弱励保持)的要求；本发明能适应不同型号电磁制动器的控制要求，保证电磁制动器安全可靠稳定的运行，并能降低耗能。

附图说明

图1是本发明实施例的一种电磁制动器的控制装置的结构图； 

图2是本发明实施例的主电路的电路原理图；

图3是本发明实施例的辅助电源电路的电路原理图；

图4是本发明实施例的过零触发电路的电路原理图；

图5是本发明实施例的第一555定时电路、第二555定时电路和选择电路的电路原理图；

图6是本发明实施例的选择电路的逻辑关系时序图；

图7是本发明实施例的开关驱动电路的电路原理图；

图8是本发明实施例的欠压保护电路的电路原理图；

图9是本发明实施例的短路保护电路的电路原理图；

图10是本发明实施例的开路保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明采用两个555定时器构成的两个单稳态触发器经过逻辑门电路的逻辑关系变换，控制IGBT导通角的大小，进而控制电磁制动器线圈两端的电压。在该控制装置中，含有带前馈作用的过零触发电路，当控制装置输入电压变化时，过零触发电路能通过其前馈环节的调节稳定电磁线圈两端的电压；还含有高效快速的放电回路，能快速释放断电后电磁铁线圈中的能量，同时还含有欠压保护、短路保护、开路保护等保护措施，使得电磁制动器运行更加安全稳定可靠。

具体为，本发明采用模拟电路设计实现，输入工作电压一路通过两个小电容串联后再与一个大电容并联而构成的滤波电路进行滤波得到稳定的正弦波信号，之后再将得到的正弦波通过由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路进行不可控整流得到脉动直流，同时输入的工作电压另一路经过辅助电源电路降压和稳压后给控制电路和保护电路中的芯片提供工作电压，同时为过零触发电路提供信号采集端口，过零触发电路从辅助电源电路中采集电网电压同步信号同过零触发电路中前馈环节提供的基准电压进行比较，比较后的结果送给555定时器构成的两个单稳态触发器，两个单稳态触发器输出的信号再经过选择电路的逻辑运算，之后将运算后的信号送给开关管的驱动电路，利用这两个单稳态触发器之间的协调来控制全控型开关管IGBT的大导通和小导通，进而控制电磁线圈两端的电压。即在电磁制动器吸合过程采用一片555定时器产生较大大的占空比信号来控制开关管的大导通，电磁线圈两端电压达到吸合时所需的高电压，启动后电磁制动器进入维持阶段，此时利用另一片555定时器产生的较小的占空比信号来控制开关管的小导通，电磁线圈两端电压即降到维持阶段所需的低电压。为了适应不同型号电磁制动器的控制要求，本设计采用了时间继电器来控制电磁制动器吸合阶段冲击电压持续的时间，在两个555定时器上各加了一个可调电阻来调节冲击电压和维持电压的大小。

本发明设置有欠压保护电路、短路保护电路、开路保护电路这三个保护电路，如果电磁制动器发生欠压、短路、开路情况，保护电路能立即发出置位信号给555定时器，关闭开关管，使电磁制动器停止工作，同时相应的LED灯亮，使工作人员能及时发现问题。过零触发电路带有前馈环节，能感应输入的工作电压变化，当电压发生扰动时能自动的调节过零触发电路中的基准电压，改变开关元件IGBT导通时间点，使电磁线圈两端电压维持在正常范围。

本发明实施例的一种电磁制动器的控制装置如图1所示，包括主电路、控制电路、保护电路和放电回路11。下面对各电路进行具体说明：

（一）所述主电路包括主电源电路和开关电路10；所述主电源电路用于将输入的交流电源1转换为直流电源；所述开关电路10分别与所述控制电路、主电源电路和电磁制动器连接，用于在所述控制电路的控制下，通过开关周期性的导通与关断将所述主电源电路的输出电压进行改变后为电磁线圈供电。

（1）所述主电源电路包括滤波电路3和整流电路5，所述滤波电路3由两个滤高频波的小容值的电容串联后再与一个滤低频波的大容值的电容并联而成，所述整流电路5为由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路。

（2）所述开关电路10包括开关、开通缓冲电路和零电压开关准谐振电路；所述开关为全控型开关管IGBT，其控制端接收所述控制电路的控制信号，所述IGBT根据所述控制信号进行导通与关断，其集电极接收所述主电源电路的输出电压，其发射极在所述IGBT导通时将所述主电源电路的输出电压输出到电磁线圈；所述开通缓冲电路用于抑制所述IGBT开通时的电流过冲和减小IGBT开通损耗，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管和第一电感，所述第一电阻与所述第一二极管串联后与所述第一电感并联，所述第二电阻与所述第二二极管串联后与所述第一电感并联，其中所述第一电阻与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻与所述第二二极管的负极连接；所述第一电感与所述第一电阻连接的一端，连接到所述主电源电路的输出端；所述第一电感与所述第一二极管的正极连接的一端，连接到所述IGBT的集电极；所述零电压开关准谐振电路用于吸收所述开关的关断过电压、减小关断损耗，包括第三二极管、第一压敏电阻和第一电容；所述第三二极管的正极与所述IGBT的发射极连接，负极与所述IGBT的集电极连接；所述第一压敏电阻的两端分别与所述IGBT的集电极和发射极连接；所述第一电容的一端与所述IGBT的发射极连接，另一端与所述第一二极管的负极连接。

本发明实施例的主电路的电路原理图如图2所示，所述主电路包括工作电源AC，电容C1、C2、C3、C4、C5，电阻R1、R2、R3、R4、R5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，开关元件Q1，电感L，压敏电阻GE1、GE2，熔断器FU1，指示灯LED1、LED2。C2、C3串联再与C1并联组成滤波电路，减小谐波干扰，稳定输入电压，4个二极管D1、D2、D3、D4组成单相桥式不可控整流电路，将交流电整流成脉动直流，压敏电阻GE1用于保护其后面的电路，压敏电阻GE2用于保护开关元件Q1，电阻R2、R3、二极管D5、D6和电感L组成开通缓冲电路，用于抑制开关元件开通时的电流过冲和减小器件的开通损耗。Q1为开关管IGBT，IGBT用于开关电路它兼有MOSFET的快速响应、高输入阻抗和GTR的低通态压降、高电流密度等多种优良特性。二极管D7、压敏电阻GE2和电容C4组成零电压开关准谐振电路（ZVSQRC），用于吸收器件的关断过电压，抑制、减小关断损耗，由于工作过程是按开关周期重复的，这种零电压开关准谐振电路，可以使电路的开关损耗和开关噪声都大大下降。熔断器FU1是当主电路中出现过流情况能及时熔断，保护主电路上的器件不被烧坏。signal5和signal6是开关元件控制信号输入端口，signal7是欠压保护电路信号采集端口，signal9是短路保护电路信号采集端口，signal11和signal12是开路保护电路信号采集端口。

（二）所述控制电路包括辅助电源电路2、过零触发电路4、第一555定时电路6、第二555定时电路7、选择电路8和开关驱动电路9。

（1）所述辅助电源电路2用于将输入的所述辅助电源电路用于将输入的交流电源转换为稳定的直流电源，为所述保护电路和控制电路中的其它电路供电。

本发明实施例的辅助电源电路的电路原理图如图3所示，辅助电源电路2是采用单路输入双路输出的模式，将交流电压转化为独立的直流电压，既为不同芯片提供了可靠的工作电压，同时避免了单路输出造成的噪声干扰及电压扰动，同时为后面的过零触发电路4提供了信号输出端口。它包括变压器T1，整流桥芯片D10和D11，电阻R6、R7、R8、R9，电容C6、C7、C8、C9、C10和C11，二极管D12和D13，稳压管D14和D15，复合晶体管Q2和Q3，电源芯片U1和U2。其中，变压器T1实现电压变换作用；整流桥芯片D10、D11将交流电变为直流电；R6、R7用于保护其后面的电路；C6、C7用于滤除谐波且平滑波形；D12、D13起到隔离作用，避免前后信号相互干扰；R8、D14、Q2和R9、D15、Q3分别组成功率放大电路，用于提高电源的输出功率；U1、C8、C10和U2、C9、C11分别为电源模块，用于输出稳定的直流电源power1和power2。

（2）所述过零触发电路4分别与所述辅助电源电路2、第一555定时电路6和第二555定时电路7连接，用于从所述辅助电源电路2中采集电平信号，并根据所述电平信号生成用于控制开关的开通和关断的时间基准信号；其中，所述过零触发电路4从所述辅助电源电路2中采集到第一电平信号和第二电平信号，所述过零触发电路4包括前馈电路和比较电路；所述前馈电路根据所述第二电平信号生成前馈信号，所述比较电路对所述第一电平信号和前馈信号进行比较，并将比较结果发送到第一555定时电路和第二555定时电路；所述比较结果包括两种情况：当第一电平信号大于前馈信号时为高电平，当第一电平信号小于前馈信号时为低电平。所述前馈电路包括第一基准电压电路、第二基准电压电路、第一减法电路和第二减法电路；所述第二减法电路的正输入端接收所述第二电平信号，负输入端与所述第二基准电压电路的输出端连接，输出端与所述第一减法电路的负输入端连接；所述第一减法电路的正输入端与所述第一基准电压电路的输出端连接，对所述第一基准电压电路的输出信号和所述第二减法电路的输出信号进行比较后生成前馈信号，并将所述前馈信号从输出端输出到所述比较电路。

当电磁制动器输入的工作电压发生变化时，过零触发电路中的前馈环节能感应电压变化，自动调节基准电压，改变开关元件IGBT导通和关断的时间点，使电磁线圈两端电压维持在正常范围，即当输入的工作电压降低时，降低过零触发电路4中的基准电压信号，开关元件IGBT导通时间点后移，当输入的工作电压升高时，升高过零触发电路4中的基准电压信号，开关元件IGBT导通时间点前移。

本发明实施例的过零触发电路的电路原理图如图4所示，其主要由运算放大器U3、U4、U5、U6，电压芯片U23、U24，电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36，电容C12、C13，二极管D16，稳压管D17，三极管Q5、Q6组成。其中，运算放大器U3和U4与外围电路组成两个比较器，其基本原理是将两个输入电压中的一个作为基准电压，另外一个输入电压和基准电压作比较，当其高于基准电压时，比较器输出高电平，当低于基准电压时，比较器输出低电平。Q5、U23、R32、R33、R34、R35、R36和Q6、U24、R27、R28、R29、R30、R31分别构成两个基准电压电路，U5、R19、R20、R21、R22和U6、R23、R24、R25、R26分别构成两个减法电路，两个基准电压电路和两个减法电路构成过零触发电路4的前馈环节，signal1、signal2分别是从辅助电源电路2中采集的电压信号，signal3是过零触发电路4的输出信号。

（3）所述第一555定时电路6由第一555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第一占空比信号；所述第二555定时电路7由第二555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第二占空比信号，所述第一占空比信号和第二占空比信号的占空比不同。

所述选择电路8分别与所述第一555定时电路6、第二555定时电路7和开关驱动电路9连接，用于对所述第一占空比信号和第二占空比信号进行选择，并将选择的占空比信号发送到所述开关驱动电路9。所述选择电路包括时间继电器、两个与门、一个非门和一个或门；所述第一555定时电路6的输出信号与所述时间继电器输出的跳变信号通过一个与门进行逻辑与运算，所述时间继电器输出的跳变信号经非门后和所述第二555定时电路7的输出信号通过另一个与门进行逻辑与运算，两个与门的输出通过或门进行逻辑或运算。

本发明利用两个555定时器产生大小不同的占空比信号分别控制IGBT的通断时间，通过时间继电器输出的跳变信号和制定的逻辑关系，使电磁铁在吸合过程中采用一片555定时器产生的较大的占空比信号，在维持阶段采用另一片555定时器产生的较小的占空比信号。

本发明实施例的第一555定时电路、第二555定时电路和选择电路的电路原理图如图5所示，该电路是由定时芯片U7、定时芯片U8，与门芯片U9、U11，非门芯片U10，或门芯片U12，可变电阻R37、R38，电容C14、C15、C16、C17构成。U7、R37、C14、C15和U8、R38、C16、C17分别构成两个单稳态触发电路，这两个单稳态触发电路的输入信号为过零触发电路4的输出信号signal3，U7的输出信号与时间继电器输出的跳变信号进行逻辑与运算，时间继电器输出的跳变信号经非门后和U8的输出信号进行逻辑与运算，最后两个与门芯片的输出再进行逻辑或运算，从而得到开关管IGBT所要求的大导通和小导通控制信号。可变电阻R37和R38用来调节电磁制动器启动和维持状态电磁线圈两端的电压。signal8、signal10、signal13为保护电路输出的置位信号。

本发明实施例的选择电路的逻辑关系时序图如图6所示，其中U9、U11是与门芯片，U12是或门芯片，其原理是将两个555定时电路输出的大触发信号和小触发信号分别与时间继电器输出的跳变信号进行与运算，所得到的两路信号再进行或运算即可得到所需要的IGBT控制信号signal4，图中signal3为过零触发电路的输出信号。

（4）所述开关驱动电路9由能减小扰动的光耦隔离芯片和能变换电压的电压转换芯片及相应的电阻电容构成，其接收来自逻辑门输出的信号，用于根据接收到的占空比信号，驱动所述开关电路10中的开关可靠开通和迅速关断。

本发明实施例的开关驱动电路的电路原理图如图7所示，其由光耦隔离芯片U13，电压转换芯片U14，稳压管D18、D19，电阻R39、R40，电容C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24构成。555定时电路经逻辑运算后的输出信号signal4送给光耦隔离芯片U3的输入端2号管脚，U13的6、7管脚相连接后经一个减小寄生振荡的电阻R40后连接到压控元件IGBT的栅极上，U13的8号、5号管脚分别与U14的6号、7号管脚相连，U14的5号、6号管脚间并联容值不同的极性电容C20、C22，U14的5号、7号管脚同时也并联上容值不同的极性电容C21、C23，且U14的5号管脚与压控元件IGBT的射极相连，电容C18、C19串联后的一端与U13的8号管脚相连，另一端与U13的5号管脚相连，C18、C19的公共端与U13的5管脚相连，稳压管D18、D19反相串联后并联在驱动电路的两个输出端上，signal5和signal6分别为开关元件IGBT的栅极和射极输入信号。

（三）所述保护电路包括欠压保护电路12、短路保护电路13和开路保护电路14，三种保护电路用于从所述主电路上采集电流或电压信号，并根据所述信号判断所述装置是否发生故障，如果发生故障则关断所述开关电路10中的开关，使电磁线圈断电停止工作。所述装置还包括故障指示灯，用于当所述装置是否发生故障时进行故障指示。具体为三种保护电路从主电路上采集电流或电压信号后再与设定的基准信号进行比较判断，如果不满足设计中所设定值，即产生555定时器置位信号，关断开关元件TGBT，电磁铁断电松开。该保护电路能使电磁制动器工作更加安全可靠。

本发明实施例的欠压保护电路的电路原理图如图8所示，其包含有运算放大器U15，电阻R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49，电容C25、C26、C27，稳压管D23、D24，二极管D20、D21、D22。U15的负极输入信号为比较基准电压，U15的正极输入信号是采集的主电路电压信号，当主电路电压小于所设定的基准电压时，运算放大器U15构成的比较器给555定时器发送低电平的置位信号，关闭IGBT，使电磁制动器停止工作，当主电路电压在正常范围时U13输出的是高电平信号，电磁制动器正常工作。signal7是欠压保护电路12从主电路上采集的信号，signal8是欠压保护电路12的输出信号。

本发明实施例的短路保护电路的电路原理图如图9所示，短路保护电路13是由三个运算放大器U16、U17、U18，电阻R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59，电容C29、C30、C31、C32构成，U16和U17及其外围电路组成两级运算放大电路，将输入信号进行放大，U1，8及其外围电路组成比较器，将从主电路上采集的信号signal9跟基准信号作比较，进而输出高低电平信号signal0。

本发明实施例的开路保护电路的电路原理图如图10所示，开路保护14是由运算放大器U19、U20、U21和U22，电阻R60、R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71、R72、R73，电容C33、C34、C35、C36构成。其中U21及其外围电路组成典型的运算放大器，用于将输入的信号进行缩放，U22及其外围电路组成RC一阶有源低通滤波器，可以有效滤除输入信号中的谐波分量，提供高质量的输入信号，U19及其外围电路组成运算放大器和滤波器，用于为U20提供精确的基准电压，U20及其外围电路构成比较器，将输入电压与基准电压作比较，进而输出高低电平。signal11、signal12分别为开路保护电路从主电路上采集的电压信号，signal13为开路保护电路的输出信号。

（四）所述放电回路包括并联在所述电磁制动器的电磁线圈两端的第四二极管，所述第四二极管的正极与所述主电源电路的地连接，负极与所述IGBT的输出端连接。参照图2，本实施例中所述放电回路采用并联在所述电磁制动器的电磁线圈两端的续流二极管D8，该二极管能够快速释放电磁线圈中的能量，防止线圈中积累过多的能量烧毁线圈，同时能加快电磁铁断电时的释放速度。

参照图1，本实施例中，输入的交流电源1一路经主电路中的滤波电路3进行滤波，滤除谐波和平滑波形，经滤波电路3滤波后的波形再经整流电路5进行整流，将交流电整成脉动直流，整流后的电压波形经IGBT周期截断得到想要的电压供给电磁线圈15。输入的交流电源1另一路经控制电路中的辅助电源电路2降压和稳压后给过零触发电路4、555定时电路6和7、逻辑门电路8、驱动电路9、欠压保护电路12、短路保护电路13、开路保护电路14等电路提供工作电源，同时给过零触发电路4提供信号采集端口，过零触发电路4从辅助电源电路2中采集电压信号和前馈环节提供的基准信号作比较，之后将输出的信号分别送给第一555定时电路6和第二555定时电路7，两个定时电路的输出再经过选择电路8的变换后送给开关元件的开关驱动电路9，开关驱动电路9在电磁制动器启动和维持阶段受不同的555定时电路控制，通过555定时电路输出信号占空比不同使得驱动电路9输出的驱动信号不同。利用两个555定时电路来控制开关元件IGBT导通角的大小，这就能得到在电磁制动器吸合和维持阶段电磁线圈所需电压。欠压保护电路12是从主电路中提取整流电路后的电压信号，当电源电压低于临界电压时，保护电路动作，给555定时电路发送置位信号，关断开关管IGBT，电磁铁断电松开；短路保护电路13也是通过提取主电路的电流值，和设定的电流值作比较，当短路故障发生瞬间，提取的电流值大于设定值，保护动作；开路保护电路14是在电磁制动控制器没有接负载的情况下，向两个555定时器发送置位信号使IGBT关断，电磁制动器断电停止工作。

由以上实施例可以看出，本发明的电磁制动器的控制装置采用模拟电路，设计电路简单，抗干扰能力强，达到了工业中电磁制动器启动时需要高电压或大电流（强励起动）启动后只需要低电压或小电流来维持(弱励保持)的要求；本发明能适应不同型号电磁制动器的控制要求，保证电磁制动器安全可靠稳定的运行，并能降低耗能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述装置包括主电路和控制电路；

所述主电路包括主电源电路和开关电路；所述主电源电路用于将输入的交流电源转换为直流电源；所述开关电路分别与所述控制电路、主电源电路和电磁制动器连接，用于在所述控制电路的控制下，通过开关周期性的导通与关断将所述主电源电路的输出电压进行改变后为电磁线圈供电；

所述控制电路包括辅助电源电路、过零触发电路、第一555定时电路、第二555定时电路、选择电路和开关驱动电路；所述辅助电源电路用于将输入的交流电源转换为稳定的直流电源，为保护电路和控制电路中的其它电路供电；所述过零触发电路分别与所述辅助电源电路、第一555定时电路和第二555定时电路连接，用于从所述辅助电源电路中采集电平信号，并根据所述电平信号生成用于控制开关的开通和关断的时间基准信号；所述第一555定时电路由第一555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第一占空比信号；所述第二555定时电路由第二555定时器构成单稳态触发器，用于根据所述时间基准信号，生成第二占空比信号，所述第一占空比信号和第二占空比信号的占空比不同；所述选择电路分别与所述第一555定时电路、第二555定时电路和开关驱动电路连接，用于对所述第一占空比信号和第二占空比信号进行选择，并将选择的占空比信号发送到所述开关驱动电路；所述开关驱动电路用于根据接收到的占空比信号，驱动所述开关电路中的开关进行导通与关断；

所述主电源电路包括滤波电路和整流电路，所述滤波电路由两个滤高频波的小容值的电容串联后再与一个滤低频波的大容值的电容并联而成，所述整流电路为由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路；

所述开关电路包括开关、开通缓冲电路和零电压开关准谐振电路；

所述开关为全控型开关管IGBT，其控制端接收所述控制电路的控制信号，所述IGBT根据所述控制信号进行导通与关断，其集电极接收所述主电源电路的输出电压，其发射极在所述IGBT导通时将所述主电源电路的输出电压输出到所述电磁线圈；

所述开通缓冲电路用于抑制所述IGBT开通时的电流过冲和减小IGBT开通损耗，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管和第一电感，所述第一电阻与所述第一二极管串联后与所述第一电感并联，所述第二电阻与所述第二二极管串联后与所述第一电感并联，其中所述第一电阻与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻与所述第二二极管的负极连接；所述第一电感与所述第一电阻连接的一端，连接到所述主电源电路的输出端；所述第一电感与所述第一二极管的正极连接的一端，连接到所述IGBT的集电极；

所述零电压开关准谐振电路用于吸收所述开关的关断过电压、减小关断损耗，包括第三二极管、第一压敏电阻和第一电容；所述第三二极管的正极与所述IGBT的发射极连接，负极与所述IGBT的集电极连接；所述第一压敏电阻的两端分别与所述IGBT的集电极和发射极连接；所述第一电容的一端与所述IGBT的发射极连接，另一端与所述第一二极管的负极连接。

2.根据权利要求1所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述装置还包括放电回路，所述放电回路包括并联在所述电磁制动器的电磁线圈两端的第四二极管，所述第四二极管的正极与所述主电源电路的地连接，负极与所述IGBT的发射极连接。

3.根据权利要求1所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述过零触发电路从所述辅助电源电路中采集到第一电平信号和第二电平信号，所述过零触发电路包括前馈电路和比较电路；所述前馈电路根据所述第二电平信号生成前馈信号，所述比较电路对所述第一电平信号和前馈信号进行比较，并将比较结果发送到第一555定时电路和第二555定时电路；所述比较结果包括两种情况：当所述第一电平信号大于前馈信号时为高电平，当所述第一电平信号小于前馈信号时为低电平。

4.根据权利要求3所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述前馈电路包括第一基准电压电路、第二基准电压电路、第一减法电路和第二减法电路；所述第二减法电路的正输入端接收所述第二电平信号，负输入端与所述第二基准电压电路的输出端连接，输出端与所述第一减法电路的负输入端连接；所述第一减法电路的正输入端与所述第一基准电压电路的输出端连接，对所述第一基准电压电路的输出信号和所述第二减法电路的输出信号进行比较后生成前馈信号，并将所述前馈信号从输出端输出到所述比较电路。

5.根据权利要求1所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述选择电路包括时间继电器、两个与门、一个非门和一个或门；所述第一555定时电路的输出信号与所述时间继电器输出的跳变信号通过一个与门进行逻辑与运算，所述时间继电器输出的跳变信号经非门后和所述第二555定时电路的输出信号通过另一个与门进行逻辑与运算，两个与门的输出通过或门进行逻辑或运算。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述装置还包括欠压保护电路、短路保护电路和开路保护电路，三种保护电路用于从所述主电路上采集电流或电压信号，并根据所述信号判断所述装置是否发生故障，如果发生故障则关断所述开关电路中的开关。

7.根据权利要求6所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述三种保护电路由所述辅助电源电路供电。

8.根据权利要求6所述的电磁制动器的控制装置，其特征在于，所述装置还包括故障指示灯，用于当所述装置是否发生故障时进行故障指示。