CN104237614A - 一种多种电压故障模式的检测电路及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及伺服电机控制故障检测技术领域，尤其是一种多种电压故障模式的检测电路及其检测方法。检测电路包括分压电路，基准电压电路，比较电路以及隔离输出电路。检测方法步骤包含有调整监测点电压及基准电压，检测出光电耦合器的电平输出，根据该输出电压电平来判断该系统的电压故障模式。本发明可实现的故障检测有包括过电压检测、欠电压检测，再生过载检测、再生故障检测以及交直流电检测。本发明只采用一个电压检测电路就解决多种电压故障模式检测的问题，效率高，电路简洁，体积小，对伺服电机控制器具有良好的检测效果。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机控制故障检测技术领域，尤其是一种多种电压故障模式的检测电路及其检测方法。
背景技术
现有的伺服控制器的电压检测多数采用传感器及一种单一电压故障模式的检测电路。
常见的电流检测及过流保护电路为：电流检测信号来自逆变器U、V两相输出端的霍尔元件，霍尔元件通过插座CN2获得15V电源。U、V两相电流检测信号经首级运放A6和A5放大20倍后送入两级运放A8和A7。
过压和欠电压保护电路为：直流电压检测从中间直流回路两端采集信号。直流高电压(约600V)经R61、R62分压后，分别送至四个比较器A1～A4的正相输入端与四个参考电压A、B、C、D比较，以完成过压和欠压保护并通知CPU发出相应的报警信号。
但如果实现多种电压故障模式的电压检测，传感器及多个多种电压故障模式的检测电路的成本较高，体积大，且对传感器在电压采样上的应用要具备较高的技术要求，另外，现在检测方式中没有进行隔离及交直流的辨识，上述电路处于强电侧的检测信号容易受干扰，不太稳定。
在要求较高的伺服电机控制系统设计中，一般都要进行各式各样的电压故障模式的检测来判断电源及控制电路的工作状态，以便在超出设定的电压值时对控制电路及重要部件进行保护而不至于烧坏控制部件或者产生其他意外事故，其中过电压检测、欠电压检测，再生过载检测、再生故障检测是最常见的检测方式，如图1所示。
现有技术中，专利申请号为200710169219.4，名称为“过电压检测器和检测过电压的方法”的发明专利，公开了一种过电压检测器,其包括可操作以连接到所提供的电路的第二连接器的第一连接器,在该电路中第二连接器包括与所提供的电路中的第一电压连接的第一引线。该过电压检测器还包括与第一连接器耦接的指示器电路,其中该指示器电路可操作以响应第一连接器与第二连接器的连接来检测第一电压的过电压。
另，专利申请号为200610024574.8，名称为“过欠电压检测电路”的发明专利，公开了公开了一种过欠电压检测电路,包括在地与电源之间串联连接的三个电阻R1、R2和R3,一过欠压选择电路模块、两个比较器、一个过欠电压判断电路模块和一个参考电压,过欠压选择电路模块的两个电压采集端分别接在R1和R2中部,电压输出端与比较器2的一个输入端相连接;比较器2的输出端与过欠压选择电路模块的反馈信号输入端相连接;另一比较器1的一个输入端与R1不接地的一端相连接,过欠电压判断电路模块的两个信号输入端分别与两个比较器的输出端相连接。本发明只采用了一串电阻,减小了芯片的面积。
另关于再生过载检测、再生故障检测与过欠电压检测相结合的现有技术基本处于无的状态，且现有具有的多功能检测电路关于伺服控制器方面的暂无，其它领域的也较为复杂、庞大，难以很好地运用到伺服控制器的多种故障检测上。
发明内容
为了克服现有技术成本较高、体积较大、电路结构较为复杂，功能单一的不足，本发明提供了一种多种电压故障模式的检测电路及其检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多种电压故障模式的检测电路，检测电路包括分压电路，基准电压电路，比较电路以及隔离输出电路，
所述分压电路包括：一分压采样电阻，用于采样主回路的监测点电压；
所述基准电压电路包括：一基准电压模块，用来提供不同检测功能的电压门限基准值；
所述比较电路：由多道比较器组成；
所述隔离输出电路：由多个光电耦合器组成；
分压电路及基准电压电路输出的电平信号输入到多功能比较电路，其产生低电平，通过隔离输出电路输出到外部的微处理器主控系统；
根据本发明的一个实施例，进一步包括所述检测电路，具体包括：电阻R1-R17、稳压管T1、二极管D1-D2、Vcc、电容C1-C6、四通道比较器IC1A、IC2D、IC3B、IC3C、和光电耦合器PHC1-6；
所述监测点具体为：主回路直流电源P，再生电阻端电压B以及输入电源端R，S；
所述分压电路中，分压采样电阻为电阻R1～R3，电阻R5、R6辅助分压；
所述基准电压电路中，Vcc为门限电压，提供基准值；
所述比较电路由四通道比较器C1A、IC2D、IC3B、IC3C组成，其接口处均设有起滤波作用的电容，分别为C2 、C3、C4、C7；
所述隔离输出电路，具体包括光电耦合器PHC1-6，光电耦合器PHC1-6接于各分路末端实现隔离输出。
一种多种电压故障模式的检测电路的电压检测方法，
（1）调整监测点电压及基准电压；
（2）分压采样电阻及基准电压模块输出的电平信号输入到多功能比较电路，在不同的故障模式下产生低电平，然后通过光电耦合器输出到外部的微处理器主控系统，同时，输入的交流电通过分压电阻及稳压，通过光电耦合器输出到微处理器主控系统；
（3）微处理器主控系统检测出光电耦合器的电平输出，根据该输出电压电平来判断该系统的电压故障模式。
本发明的有益效果是，本发明只采用一个电压检测电路就解决多种电压故障模式检测的问题，效率高，电路简洁，体积小，性价比高，极具应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中常见电压检测的故障模式及检测电压示意图。
图2是本发明的结构原理示意图。
图3是本发明实施例一检测电路的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明的基本原理图，电压检测电路将检测到的交流电或直流电电平电压输出到微处理器，微处理器根据该输出电压电平来判断该系统的电压故障模式，同时，微处理器与再生制动控制电路双向控制，实现再生制动。
本发明的电压检测方法为：
（1）调整监测点电压及基准电压；
（2）分压采样电阻及基准电压模块输出的电平信号输入到多功能比较电路，在不同的故障模式下产生低电平，然后通过光电耦合器输出到外部的微处理器主控系统，同时，输入的交流电通过分压电阻及稳压，通过光电耦合器输出到微处理器主控系统；
（3）微处理器主控系统检测出光电耦合器的电平输出，根据该输出电压电平来判断该系统的电压故障模式。
下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一个实施例的电压故障检测电路，如图3所示，包括电阻R1-R16、稳压管T1、二极管D1、Vcc、电容C1-C6、四通道比较器IC1和光电耦合器PHC1-4。其中，电阻R1一端连接主回路直流电源P，另一端a连接到四通道比较器的第三通道的负极IC1管脚6，C4、C5起滤波作用，防止电压波动，此时电阻R1、R2及R3形成分压采样电阻。电源Vcc通过电阻R4，经过电阻R5和R6分压后，接入电阻R7提供基准电压Vcref (c端)，连接到比较器的第三通道的正极IC1管脚7，电阻R8引入正反馈，构成一个迟滞比较器，可以加快比较器的反应速度，同时还可以免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。稳压管T1和电容C1可以保证一个稳定滤波后的基准电压。
根据比较器输出电压的不同值（VOH=Vcc或VOL=0V）可以分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为：
VT+={[1+（R7/R8）]× Vcref}-[（R7/R8）×VOL] (公式-1）
VT-={[1+（R7/R8）]× Vcref}-[（R7/R8）×VOH]（公式-2）
Vcref=[(R5+R6)/(R4+R5+R6)] ]× Vcc （公式-3）
那么门限宽度为：ΔVT=（R7/R8）×（VOH-VOL）（公式-4）
通过调整电阻值R4、R5 、R6、R7及R8可以很容易设定门限电压及门限宽度，然后输入到电阻R11及光电耦合器PHC3，输出满足CMOS电平的0或1，实施了再生过载故障模式的电压检测。
如图3所示，主回路电源P，通过分压采样电阻R1、R2及R3，从电阻R2的b端输入到 四通道比较器的第一通道的负极IC1管脚4，C2起滤波作用，防止电压波动，上述的c端提供基准门限电压Vcref，连接到比较器的第一通道的正极IC1管脚5，输出端连接到电阻R9及光电耦合器PHC1，输出满足CMOS电平的0或1，当b端输入电压Vb>Vcref，将会输出高电平，通过调整电阻值R4、R5及R6可以很容易设定过电压门限电压，实施了过电压故障模式的电压检测。
如上所述的b端同时输入到四通道比较器的第二通道的正极IC1管脚11，C3起滤波作用，电源Vcc通过电阻R4和R5，经过电阻R6分压后，提供基准电压Vdref (d端) ，连接到比较器的第二通道的负极IC1管脚10，输出端连接到电阻R10及光电耦合器PHC2，输出满足CMOS电平的0或1，当b端输入电压Vb<Vdref，将会输出高电平，通过调整电阻值R4、R5及R6可以很容易设定欠电压门限电压，实施了欠电压故障模式的电压检测。
如图3所示，其中R12一端连接再生电阻的B端，另一端e连接到四通道比较器的第四通道的正极IC1管脚9，电阻R13及电容C6分压滤波，防止电压波动，如上所述的d端 ，连接到比较器的第四通道的负极IC1管脚8，提供基准电压Vdref，输出端连接到电阻R14及光电耦合器PHC4，输出满足CMOS电平的0或1，当b端输入电压Ve<Vdref，将会输出高电平，通过调整电阻值R4、R5及R6可以很容易设定欠电压门限电压，实施了再生故障模式的电压检测。
如图3所示，其中R15一端连接交流电的R端，另一端连接到光电耦合器PHC5的正极，交流电的S,T端分别连接到光电耦合器PHC5、PHC6的负极，电阻R16，R17及二极管D1,D2可以起限电流及载波的作用，输出端连接到光电耦合器PHC5,PHC6，输出满足CMOS电平的0或1，当输入为交流电，将会输出高电平，如果输入为直流电，将会输出低电平，实施了交直流电源的识别检测。
本发明的输入电源端R，S，T可以有不同的交流电输入，如200V或400V，通过使用不同的Vcc设定参考基准电压实现以上功能。其中200V输入时，输出的电平稳定，便于微处理器的识别检测，检测效果比较准确。400V输入时，输出的电平稍有浮动，微处理器需经过2~3次检测，可识别准确电平，判断故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多种电压故障模式的检测电路，其特征是，检测电路包括分压电路，基准电压电路，比较电路以及隔离输出电路，
所述分压电路包括：一分压采样电阻，用于采样主回路的监测点电压；
所述基准电压电路包括：一基准电压模块，用来提供不同检测功能的电压门限基准值；
所述比较电路：由多道比较器组成；
所述隔离输出电路：由多个光电耦合器组成；
分压电路及基准电压电路输出的电平信号输入到多功能比较电路，其产生低电平，通过隔离输出电路输出到外部的微处理器主控系统。
2.根据权利要求1所述的多种电压故障模式的检测电路，其特征是，所述检测电路，具体包括：电阻R1-R17、稳压管T1、二极管D1-D2、Vcc、电容C1-C6、四通道比较器IC1A、IC2D、IC3B、IC3C、和光电耦合器PHC1-6；
所述监测点具体为：主回路直流电源P，再生电阻端电压B以及输入电源端R，S；
所述分压电路中，分压采样电阻为电阻R1～R3，电阻R5、R6辅助分压；
所述基准电压电路中，Vcc为门限电压，提供基准值；
所述比较电路由四通道比较器C1A、IC2D、IC3B、IC3C组成，其接口处均设有起滤波作用的电容，分别为C2 、C3、C4、C7；
所述隔离输出电路，具体包括光电耦合器PHC1-6，光电耦合器PHC1-6接于各分路末端实现隔离输出。
3.一种根据权利要求1所述的多种电压故障模式的检测电路的电压检测方法，其特征是，
（1）调整监测点电压及基准电压；
（2）分压采样电阻及基准电压模块输出的电平信号输入到多功能比较电路，在不同的故障模式下产生低电平，然后通过光电耦合器输出到外部的微处理器主控系统，同时，输入的交流电通过分压电阻及稳压，通过光电耦合器输出到微处理器主控系统；
（3）微处理器主控系统检测出光电耦合器的电平输出，根据该输出电压电平来判断该系统的电压故障模式。
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|---|---|---|---|---|
| CN107085132A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-08-22 | 东南大学 | 一种正电压供电下的高精度负压检测电路 |
| CN110850143A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-28 | 天津航空机电有限公司 | 一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路 |
| CN111939497A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-17 | 杭州电子科技大学 | 一种电动汽车智能监控灭火装置及其灭火方法 |
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