CN104242786A - 一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路（电路），包括：IGBT驱动电路、直流电源变换电路、电压检测报警电路和能量泄放控制电路。所述直流电源变换电路，包括变压器、PWM控制器、整流二极管、集成稳压器；电压检测报警电路，包括运算放大器、线性光耦、电压比较器A；能量泄放控制电路包括电压比较器C、驱动光耦A、三极管A。所有元件焊接在一块印制板。在PWM控制器和变压器的控制下，外部交流电经整流二极管和集成稳压器的整流稳压，为其它电路供电，运算放大器和线性光耦检测母线电压，经电压比较器A比较输出，母线电压经电压比较器C比较，控制驱动光耦A和三极管A,形成外部IGBT驱动信号，本驱动电路功能齐全，通用性高。

Description

一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路

技术领域

本发明涉及一种用于伺服驱动器的驱动电路，特别是一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路。

背景技术

目前驱动电路应用范围很广，其组成一般只有IGBT驱动电路。对于电机伺服驱动器来说，这样的驱动电路功能单一，缺少能量泄放控制、直流供电电源、电压过压和欠压保护功能，通用性不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路，解决伺服驱动器中IGBT模块缺少驱动、能量泄放控制、直流供电电源、电压过压和欠压检测保护的问题。

一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路，包括：IGBT驱动电路。还包括：直流电源变换电路、电压检测报警电路和能量泄放控制电路。

所述直流电源变换电路，包括：整流桥、变压器、场效应管、快恢复二极管A和快恢复二极管B、PWM控制器、光耦A、分压电阻A、整流二极管和集成稳压器。电压检测报警电路，包括：分压电阻B、运算放大器、线性光耦、电压比较器A和B、光耦B和光耦C。能量泄放控制电路，包括：电压比较器C、光耦D、与非门、驱动光耦A和三极管A。IGBT驱动电路，包括：反相器、驱动光耦B和三极管B。

整流二极管有8个，集成稳压器有8个，三极管A有2个，三极管B有12个，驱动光耦B有6个，反相器有3个。

整流桥有三路输出，其中一路输出端口与分压电阻A相连，第二路输出端与PWM控制器的供电端相连；第三路输出端与变压器的一个输入端相连，变压器的另一个输入端与场效应管的漏极端相连。变压器有十路输出，其中一路输出端与快恢复二极管A的阳极相连，快恢复二极管A的阴极与PWM控制器供电端口相连；变压器的第二路的输出端与快恢复二极管B的阳极相连，快恢复二极管B的阴极与光耦A的输入端相连，光耦A的输出端与PWM控制器的反馈比较端相连，PWM控制器的输出端与场效应管的控制端相连。变压器的另外八路输出端分别与八个整流二极管的阳极对应相连，八个整流二极管的输出端分别与八个集成稳压器的输入端对应相连。

分压电阻B的输出端有三路，其中一路的输出端与运算放大器的输入端相连，运算放大器的输出端与线性光耦的输入端相连，线性光耦的输出端与外部电路相连；分压电阻B的第二路输出端与电压比较器A的输入端相连，电压比较器A的输出端与光耦B的输入端相连，光耦B的输出端接到外部电路；

分压电阻B最后一路输出端与电压比较器C的输入端相连，电压比较器C的输出端与光耦D的输入端相连，光耦D的输出端与与非门的输入端相连，与非门的输出端与驱动光耦A的输入端相连，驱动光耦A的输出端分别与两个三极管A的控制端相连，两个三极管A的输出端分别与外部IGBT模块连接。

反相器有三片，每一片都有两路输出，并分别与两片驱动光耦B的输入端对应相连，每一片驱动光耦B的输出端分别与两片三极管B的控制端相连，每片三极管B的输出端分别与外部IGBT模块连接。

分压电阻A的输出端与电压比较器B的输入端相连，电压比较器B的输出端与光耦C输入端相连，光耦C的输出端连接到外部电路。

外部交流电源经整流桥整流后有三路输出，其中一路经分压电阻A分压后输出到电压比较器B上。另一路输入到PWM控制器，使PWM控制器开始工作，第三路作为变压器的输入电源。变压器有十路输出，其中一路经过快恢复二极管A整流后为PWM控制器供电。变压器第二路输出经过快恢复二极管B整流后输入到光耦A，经光耦A隔离后作为反馈电压输入到PWM控制器中。在该反馈电压的作用下，PWM控制器的输出驱动场效应管开通关断，从而达到控制变压器的输出电压。变压器的其它八路输出分成四对，每对输出经过两片整流二极管整流和两片集成稳压器稳压后，输出+15V电压和-5V电压。一共形成四组这样的电压，该电压分别为IGBT驱动电路、能量泄放控制电路和电压检测电路供电。

外部母线高压经过分压电阻B后，形成三路输出，供母线电压检测、过压欠压报警和能量泄放控制所用。其中一路经运算放大器变换，线性光耦的隔离，形成供外部采集使用的电压。另一路输出与电压比较器A的设置电压比较，输出到光耦B，形成了欠压和过压报警信号输出。第三路电压经电压比较器C比较、光耦D隔离以及与非门运算后，形成驱动光耦A的控制信号，驱动光耦A对该信号进行隔离放大，以及三极管A的进一步放大输出，控制外部IGBT模块按开通和关断，泄放电机制动过程产生的能量。

分压电阻A输出的一路信号与电压比较器B的另一输入端设定电压比较，电压比较器B的输出经过光耦C的隔离，形成欠压和过压报警信号。

外部六路PWM信号经三个反相器整形反相后，形成驱动光耦B的控制信号，驱动光耦B以及后级的三极管B对控制信号进行隔离放大处理后输出，控制外部IGBT逆变桥工作。

本发明能够实现IGBT逆变桥的控制、电机制动过程的能量泄放控制、IGBT驱动报警、直流母线电压检测和过压欠压报警等功能，并能产生自己所需直流电源，还能为外部电流采集和微处理器供电。本发明功能齐全、原理简单、使用方便、可靠性较高，目前在不同型号的伺服系统中已得到应用，为一种用于全数字交流伺服驱动器的模块化、通用化驱动电路。

附图说明

图1 一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路原理示意图。

1.整流桥  2.变压器  3.场效应管  4.快恢复二极管A  5.PWM控制器  6.快恢复二极管B  7.光耦A  8.分压电阻A  9.整流二极管  10.集成稳压器  11.分压电阻B  12.运算放大器13.线性光耦  14.电压比较器A  15.光耦B  16.电压比较器B  17.光耦C  18.电压比较器C  19.光耦D  20.与非门  21.驱动光耦A  22.三极管A  23.反相器  24.驱动光耦B  25.三极管B  26.IGBT驱动电路  27.直流电源变换电路  28.电压检测报警电路  29.能量泄放控制电路。

具体实施方式

一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路，包括：IGBT驱动电路26。还包括：直流电源变换电路27、电压检测报警电路28和能量泄放控制电路29。

所述直流电源变换电路27，包括：整流桥1、变压器2、场效应管3、快恢复二极管A4、PWM控制器5、快恢复二极管B6、光耦A7、分压电阻A8、整流二极管9和集成稳压器10。电压检测报警电路28，包括：分压电阻B11、运算放大器12、线性光耦13、电压比较器A14、光耦B15、电压比较器B16和光耦C17。能量泄放控制电路29，包括：电压比较器C18、光耦D19、与非门20、驱动光耦A21和三极管A22。IGBT驱动电路26，包括：反相器23、驱动光耦B24和三极管B25。其中，整流二极管9有8个，集成稳压器10有8个，三极管A22有2个，三极管B25有12个，驱动光耦B24有6个，反相器23有3个。

整流桥1有三路输出，其中一路输出端与分压电阻A8相连，第二路输出端与PWM控制器5的供电端相连；第三路输出端与变压器2的一个输入端相连，变压器2的另一个输入端与场效应管3的漏极端相连。变压器2有十路输出，其中一路输出端与快恢复二极管A4的阳极相连，快恢复二极管A4的阴极与PWM控制器5供电端口相连；变压器2的第二路的输出端与快恢复二极管B6的阳极相连，快恢复二极管B6的阴极与光耦A7的输入端相连，光耦A7的输出端与PWM控制器5的反馈比较端相连，PWM控制器5的输出端与场效应管3的控制端相连。变压器2的另外八路输出端分别与八个整流二极管9的阳极相连，八个整流二极管9的输出端分别与八个集成稳压器10的输入端对应相连。

分压电阻B11的输出端有三路，其中一路的输出端与运算放大器12的输入端相连，运算放大器12的输出端与线性光耦13的输入端相连，线性光耦13的输出端与外部电路相连；分压电阻B11的第二路输出端与电压比较器A14的输入端相连，电压比较器A14的输出端与光耦B15的输入端相连，光耦B15的输出端接到外部电路；

分压电阻B11最后一路输出端与电压器比较器C18的输入端相连，电压比较器C18的输出端与光耦D19的输入端相连，光耦D19的输出端与与非门20的输入端相连，与非门20的输出端与驱动光耦A21的输入端相连，驱动光耦A21的输出端与两片三极管A22的控制端相连，两片三极管A22的输出端分别与外部IGBT模块连接。

反相器23有三片，每一片反相器23有两路输出，分别与两片驱动光耦B24的输入端对应相连。每一片驱动光耦B24的输出端分别与两片三极管B25的控制端相连，每片三极管B25的输出端分别与外部IGBT模块连接。

分压电阻A 8的输出端与电压比较器B16的输入端相连，电压比较器B16的输出端与光耦C17入端相连，光耦C17的输出端连接到外部电路。

该驱动电路的工作过程是：外部交流电源经整流桥1整流后有三路输出，其中一路经分压电阻A8分压后输出到电压比较器B16上。另一路输入到PWM控制器5，使PWM控制器5开始工作，第三路作为变压器2的输入电源。变压器2有十路输出，其中一路经过快恢复二极管A4整流后为PWM控制器5供电。变压器2第二路输出经过快恢复二极管B6整流后输入到光耦A7，经光耦A7隔离后作为反馈电压输入到PWM控制器5中。在该反馈电压的作用下，PWM控制器5的输出驱动场效应管3开通关断，从而达到控制变压器2的输出电压。变压器2的其它八路输出分成四对，每对输出经过两片整流二极管整流9和两片集成稳压器10稳压后，输出+15V电压和-5V电压。一共形成四组这样的电压，该电压分别为IGBT驱动电路26、能量泄放控制电路29和电压检测报警电路28供电。

外部母线高压经过分压电阻B11后，形成三路输出，供母线电压检测、过压欠压报警和能量泄放控制所用。其中一路经运算放大器12变换，线性光耦13的隔离，形成外部可以采集使用的电压。另一路输出与电压比较器A14的设置电压比较，输出到光耦B15，形成了欠压和过压报警信号输出。第三路电压经电压比较器C18比较、光耦D19隔离以及与非门20运算后，形成驱动光耦A21的控制信号，驱动光耦A21对该信号进行隔离放大，以及三极管A22的进一步放大输出，控制外部IGBT模块按开通和关断，泄放电机制动过程产生的能量。

分压电阻A8输出的一路信号与电压比较器B16的另一输入端设定电压比较，电压比较器B16的输出经过光耦C17的隔离，形成欠压和过压报警信号。

外部六路PWM信号经反相器23整形反相后，形成驱动光耦B24的控制信号，驱动光耦B24以及后级的三极管B25对控制信号进行隔离放大处理后输出，控制外部IGBT逆变桥工作。

Claims (1)

1.一种用于全数字交流伺服驱动器的驱动电路，包括：IGBT驱动电路（26）；其中IGBT驱动电路（26），包括：反相器（23）、驱动光耦B（24）和三极管B（25）；其特征在于本驱动电路，还包括：直流电源变换电路（27）、电压检测报警电路（28）和能量泄放控制电路（29）；

所述直流电源变换电路（27），包括：整流桥（1）、变压器（2）、场效应管（3）、快恢复二极管A（4）和快恢复二极管B（6）、PWM控制器（5）、光耦A（7）、分压电阻A（8）、整流二极管（9）和集成稳压器（10）；电压检测报警电路（28），包括：分压电阻B（11）、运算放大器（12）、线性光耦（13）、电压比较器A（14）和电压比较器B（16）、光耦B（15）和光耦C（17）；能量泄放控制电路（29），包括：电压比较器C（18）、光耦D（19）、与非门（20）、驱动光耦A（21）和三极管A（22）； 

整流二极管（9）有8个，集成稳压器（10）有8个，三极管A（22）有2个，三极管B（25）有12个，驱动光耦B（24）有6个，反相器（23）有3个；

整流桥（1）有三路输出，其中一路输出端口与分压电阻A（8）相连，第二路输出端与PWM控制器（5）的供电端相连；第三路输出端与变压器（2）的一个输入端相连，变压器（2）的另一个输入端与场效应管（3）的漏极端相连；变压器（2）有十路输出，其中一路输出端与快恢复二极管A（4）的阳极相连，快恢复二极管A（4）的阴极与PWM控制器（5）供电端口相连；变压器（2）的第二路的输出端与快恢复二极管B（6）的阳极相连，快恢复二极管B（6）的阴极与光耦A（7）的输入端相连，光耦A（7）的输出端与PWM控制器（5）的反馈比较端相连，PWM控制器（5）的输出端与场效应管（3）的控制端相连；变压器（2）的另外八路输出端分别与八个整流二极管（9）的阳极对应相连，八个整流二极管（9）的输出端分别与八个集成稳压器（10）的输入端对应相连；

分压电阻B（11）的输出端有三路，其中一路的输出端与运算放大器（12）的输入端相连，运算放大器（12）的输出端与线性光耦（13）的输入端相连，线性光耦（13）的输出端与外部电路相连；分压电阻B（11）的第二路输出端与电压比较器A（14）的输入端相连，电压比较器A（14）的输出端与光耦B（15）的输入端相连，光耦B（15）的输出端接到外部电路；

分压电阻B（11）最后一路输出端与电压比较器C（18）的输入端相连，电压比较器C（18）的输出端与光耦D（19）的输入端相连，光耦D（19）的输出端与与非门（20）的输入端相连，与非门（20）的输出端与驱动光耦A（21）的输入端相连，驱动光耦A（21）的输出端分别与两个三极管A（22）的控制端相连，两个三极管A（22）的输出端分别与外部IGBT模块连接；

反相器（23）有三片，每一片都有两路输出，并分别与两片驱动光耦B（24）的输入端对应相连，每一片驱动光耦B（24）的输出端分别与两片三极管B（25）的控制端相连，每片三极管B（25）的输出端分别与外部IGBT模块连接；

分压电阻A（8）的输出端与电压比较器B（16）的输入端相连，电压比较器B（16）的输出端与光耦C（17）输入端相连，光耦C（17）的输出端连接到外部电路；

外部交流电源经整流桥（1）整流后有三路输出，其中一路经分压电阻A（8）分压后输出到电压比较器B（16）上；另一路输入到PWM控制器（5），使PWM控制器（5）开始工作，第三路作为变压器（2）的输入电源；变压器（2）有十路输出，其中一路经过快恢复二极管A（4）整流后为PWM控制器（5）供电；变压器（2）第二路输出经过快恢复二极管B（6）整流后输入到光耦A（7），经光耦A（7）隔离后作为反馈电压输入到PWM控制器（5）中；在该反馈电压的作用下，PWM控制器（5）的输出驱动场效应管（3）开通关断，从而达到控制变压器（2）的输出电压；变压器（2）的其它八路输出分成四对，每对输出经过两片整流二极管（9）整流和两片集成稳压器（10）稳压后，输出+15V电压和-5V电压；一共形成四组这样的电压，该电压分别为IGBT驱动电路（26）、能量泄放控制电路（29）和电压检测电路供电；

外部母线高压经过分压电阻B（11）后，形成三路输出，供母线电压检测、过压欠压报警和能量泄放控制所用；其中一路经运算放大器（12）变换，线性光耦（13）的隔离，形成供外部采集使用的电压；另一路输出与电压比较器A（14）的设置电压比较，输出到光耦B（15），形成了欠压和过压报警信号输出；第三路电压经电压比较器C（18）比较、光耦D（19）隔离以及与非门（20）运算后，形成驱动光耦A（21）的控制信号，驱动光耦A（21）对该信号进行隔离放大，以及三极管A（22）的进一步放大输出，控制外部IGBT模块按开通和关断，泄放电机制动过程产生的能量；

分压电阻A（8）输出的一路信号与电压比较器B（16）的另一输入端设定电压比较，电压比较器B（16）的输出经过光耦C（17）的隔离，形成欠压和过压报警信号；

外部六路PWM信号经三个反相器（23）整形反相后，形成驱动光耦B（24）的控制信号，驱动光耦B（24）以及后级的三极管B（25）对控制信号进行隔离放大处理后输出，控制外部IGBT逆变桥工作。