CN105305381A - 伺服电机欠压保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种伺服电机欠压保护装置及方法。所述装置包括：电压调理单元，所述电压调理单元内部包括限幅器件，通过所述限幅器件，所述电压调理单元将输入的交流电压转换为直流二值电压；DSP单元，所述DSP单元包括占空比计算子单元及延时子单元，所述占空比计算子单元计算输入的所述直流二值电压的占空比，所述延时子单元通过计时计算报警时间。本发明实施例提供的伺服电机欠压保护装置及方法既能够保证伺服电机的安全运行，又能够充分利用伺服电机的过载能力。

Description

伺服电机欠压保护装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种伺服电机欠压保护装置及方法。

背景技术

在高性能的伺服驱动器设计中，为了保证伺服驱动器控制伺服电机的安全稳定运行，常常需要检测控制电源以确保伺服电机工作在安全的电压条件下。伺服交流侧欠压保护是当控制电源电压低于额定值到一定程度威胁伺服电机的安全时，驱动器发出报警停机信号避免伺服电机损坏的一种保护方法。

常见的欠压保护电路比较交流侧电压与电压阈值后判断是否产生欠压报警，不具备欠压延时保护功能，未能充分利用伺服电机的过载能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提出一种伺服电机欠压保护装置和方法，以在保证伺服电机安全运行的前提下，充分利用伺服电机的过载能力。

第一方面，本发明实施例提供了一种伺服电机欠压保护装置，所述装置包括：

电压调理单元，所述电压调理单元内部包括限幅器件，通过所述限幅器件，所述电压调理单元将输入的交流电压转换为直流二值电压；

DSP单元，所述DSP单元包括占空比计算子单元及延时子单元，所述占空比计算子单元计算输入的所述直流二值电压的占空比，所述延时子单元通过计时计算报警时间，从而在所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，并且到达报警时间时，发出欠压报警。

第二方面，本发明实施例还提供了一种伺服电机欠压保护方法，所述方法包括：

使用限幅器件将输入的交流电压转换为直流二值电压；

检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值；

若所述直流二值电压的占空比大于预设的占空比阈值，不发出欠压报警；

若所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，检测计时数值是否大于预设的欠压检测时间阈值；

若所述计时数值大于预设的欠压检测时间阈值，发出欠压报警。

本发明实施例提供的伺服电机欠压保护装置和方法，通过限幅器件将输入的交流电压转换为直流二值电压，通过计算所述直流二值电压的占空比识别所述伺服电机是否处于欠电压状态，并在所述伺服电机处于欠电压状态时通过计时判断何时应该发出欠压报警，从而既保证了伺服电机的安全运行，又充分利用了伺服电机的过载能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明第一实施例提供的伺服电机欠压保护装置的电路结构框图；

图2是本发明第二实施例提供的伺服电机欠压保护装置中电压调理单元的电路结构图；

图3是本发明第二实施例提供的电压调理单元在正常状态下的电压波形图；

图4是本发明第二实施例提供的电压调理单元在欠压状态下的电压波形图；

图5是本发明第三实施例提供的伺服电机欠压保护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

第一实施例

本实施例提供了伺服电机欠压保护装置的一种技术方案。参见图1，在该技术方案中，所述伺服电机欠压保护装置包括：电压调理单元11及DSP单元12。

所述电压调理单元11包括输入端口111及输出端口112。输入的交流电压从所述输入端口111输入，经过所述电压调理单元11的处理，转换为由所述输出端口112输出的直流方波信号。由于所述直流方波信号仅具有高电平及低电平两个电平状态，所以所述直流方波信号也被称为直流二值电压信号。

为了将输入的交流电压转换为输出的直流二值电压，所述电压调理单元包括一个限幅器件作为所述电压调理单元的核心处理器件。所述限幅器件的主要作用在于限制输出电压的幅度。当输入电压的幅值高于所述限幅器件的高电平阈值时，所述限幅器件的输出电压是高电平电压；当输入电压的幅值低于所述限幅器件的低电平阈值时，所述限幅器件的输出电压是低电平电压。或者，当输入电压的幅值高于所述限幅器件的高电平阈值时，所述限幅器件的输出电压是低电平电压；当输入电压的幅值低于所述限幅器件的低电平阈值时，所述限幅器件的输出电压是高电平电压。

优选的，所述限幅器件可以是光耦器件。所述光耦器件通常包括发光元件及受光元件。所述发光元件可以是发光二极管(Lightemittingdiode,LED)。所述受光元件可以是光敏二极管或者光敏三极管。

所述DSP单元12包括占空比计算子单元121及延时子单元122。所述占空比计算子单元121用于计算所述直流二值电压信号的占空比，并通过所述直流二值电压信号的占空比是否进行欠压保护。

优选的，所述占空比计算子单元121通过对高电平电压的持续时间及低电平电压的持续时间分别进行计数，从而计算所述直流二值电压信号的占空比。

所述延时子单元122用于在确定进行欠压保护时，计算何时启动欠压保护。在一种优选的实施方式下，所述延时子单元122通过将延时计数值与预设的欠压检测时间阈值进行比较而判断何时进行欠压保护。进一步的，所述欠压检测时间阈值的取值在100-1500毫秒之间，用户可以在上述的取值范围内自由设定。

本实施例通过利用电压调理单元将输入的交流电压调理为直流二值电压，再利用DSP单元根据所述直流二值电压的占空比判定何时应当启动欠压保护，不仅保证了伺服电机的安全运行，而且充分利用了伺服电机的过载能力。

第二实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述伺服电机欠压保护装置中的电压调理单元的一种技术方案。参见图2，在该技术方案中，将所述电压调理单元包括：光耦器件21。

所述光耦器件21又被称为光电耦合器，是以光为媒介把输入端信号耦合到输出端，来传输电信号的器件，通常把发光元件(红外线发光二极管LED)与受光元件(光敏半导体管)封装在同一管壳内，将它们的光路耦合在一起，当输入端加电信号时发光元件发出光线，受光元件接收光线之后就产生光电流，从输出端输出，从而实现了“电-光-电”转换。输入和输出之间不共地，因此广泛地应用于需要信号隔离的电路中。

在本实施例中，在所述光耦器件21的输入端口并联有输入电阻R1和输入电容C1。另外，所述光耦器件的输入端口还与一个输入限流电阻R0相串联。所述输入限流电阻R0的作用在于对输入至所述光耦器件21的输入端口的交流电流进行限制，以避免过大的输入电流损坏所述光耦器件的内部元件。

所述光耦器件21的输出端口与两个输出电容C2、C3相并联。两个输出电容分别被称为第一输出电容C2及第二输出电容C3。它们的主要作用在于滤波。所述第一输出电容C2可以滤除由于共模干扰而产生的，所述光耦器件内容的光电晶体管集电极上的噪声信号。所述第二输出电容C3与所述输出限流电阻R3组合形成一阶RC滤波电路，进一步的对由于电源共地而产生的噪声信号和光耦器件的输出噪声信号进行滤波，增强数字电路的可靠性。

在所述第一输出电容C2与所述第二输出电容C3之间，所述光耦器件21的输出端口还与输出限流电阻R3相串联。所述输出限流电阻R3具有较大的电阻值，能够有效的防止输出端口的输出电流过大。

另外，所述输出端口的一个端子与供电电源V_DD相连接，而另一个端子接地。优选的，所述与供电电源V_DD相连接的一个输出端子通过上拉电阻R2与所述供电电源相连接。

图3及图4分别示出了正常状态及欠压状态下所述电压调理单元的输入及输出电压波形图。参见图3，AC-L和AC-N之间为伺服驱动器交流侧电压。R0和R1组成分压电路，R1两端的电压U1为：

U1＝R1/R0+R1×V_in

电容C1是一个充电电容，其两端电压U_C1与输入电阻R1的两端电压U1相等，即有：

U1＝U_C1

当U_C1的取值大于所述光耦器件中的发光元件的导通电压V_m之时，所述光耦器件中的受光元件也相应的导通。此时，如果所述受光元件的导通电流是I_c，则所述光耦器件的输出端口的输出电压V_out可以由如下公式给出：

V_out＝V_DD-I_c×R2

通过选择适当的上拉电阻R2的阻值，可以使得此时输入电压V_out近似为零。因此，可以将此时的输出电压作为所述输出电压的低电平。

当U_C1的取值小于所述光耦器件中发光元件的导通电压V_m之时，所述光耦器件中的受光元件相应的关断。此时，所述输出端口的输出电压有如下公式给出：

V_out＝V_DD

由于V_DD是供电电源的电压，具有较大的电压取值，所以，此时的输出电压是高电平电压。

从图3及图4可以看出，当所述电压调理单元处于正常状态下时，所述电压调理单元的输出波形具有较大的占空比。具体的，就是对于图3中示出的输出电压V_out，其取值为低电平电压V_L的时长在一个周期中的占比较大。相对的，当所述电压调理单元处于欠压状态下时，所述电压调理单元的输出波形具有较小的占空比。具体到图4中，就是所述输出电压V_out的取值为低电平电压V_L所占用的时间长度较短。

本实施例利用光耦器件对输出的交流电压信号进行限幅，使得后续电路能够通过输出电压的占空比判断当前是否处于欠压状态，有效的保证了伺服电机的安全运行。

第三实施例

本实施例提供了伺服电机欠压保护方法的一种技术方案。具体的，在该技术方案中，所述伺服电机欠压保护方法包括：使用限幅器件将输入的交流电压转换为直流二值电压；检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值；若所述直流二值电压的占空比大于预设的占空比阈值，不发出欠压报警；若所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，检测计时数值是否大于预设的欠压检测时间阈值；若所述计时数值大于预设的欠压检测时间阈值，发出欠压报警。

参见图5，所述伺服电机欠压保护方法包括：

S51，使用限幅器件将输入的交流电压转换为直流二值电压。

所述限幅器件的作用在于将输入的交流电压的幅值限制在预设的电压取值范围内。而且，通过所述限幅器件对输入的交流电压的限幅操作，输入的交流电压信号被转换为具有二值取值的直流二值电压。所谓具有二值取值，即经过转换后的电压的取值仅有高电平和低电平两种，不再会有除此以外的第三种取值的可能。

S52，检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值。

由于所述直流二值电压信号具有在正常状态下占空比的值较大，而在欠压状态下占空比的值较小的特征，因此可以通过检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值来判断当前是否处于欠压状态。

具体的，可以在一个周期内分别统计所述直流二值电压处于高电平及低电平的时间长度而计算所述直流二值电压的占空比，在将所述直流二值电压的占空比与预设的占空比阈值进行比较，从而判定当前是否处于欠压状态。

S53，若所述直流二值电压的占空比大于预设的占空比阈值，不发出欠压报警。

S54，若所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，检测计时数值是否大于预设的欠压检测时间阈值。

如果经过检测，所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，则说明输入电压处于欠压状态，需要对所述伺服电机执行欠压保护。

具体的，为了充分利用所述伺服电机的过载能力，在判定所述伺服电机处于欠压状态之后，进行计时，并检测计时数值是否大于预设的欠压检测时间阈值。

优选的，所述欠压检测时间阈值一般在100毫秒至1500毫秒之间。进一步优选的，可以允许用户在上述的时间阈值范围内自由设定所述欠压检测时间阈值。

S55，若所述计时数值大于预设的欠压检测时间阈值，发出欠压报警。

本实施例在通过直流二值电压的占空比判定所述伺服电机处于欠压状态之后，并不立即进行欠压报警，而是进行计时，并在计时数值到达预设的欠压检测时间阈值之时，启动欠压报警，不仅保证了伺服电机的安全运行，还充分利用了伺服电机的过载能力。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种伺服电机欠压保护装置，其特征在于，包括：

电压调理单元，所述电压调理单元内部包括限幅器件，通过所述限幅器件，所述电压调理单元将输入的交流电压转换为直流二值电压；

DSP单元，所述DSP单元包括占空比计算子单元及延时子单元，所述占空比计算子单元计算输入的所述直流二值电压的占空比，所述延时子单元通过计时计算报警时间，从而在所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，并且到达报警时间时，发出欠压报警。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限幅器件包括：光耦器件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光耦器件包括：发光元件及受光元件。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述占空比计算子单元通过统计所述直流二值电压在一个周期内的低电平持续时间和高电平持续时间，计算所述直流二值电压的占空比。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述占空比计算子单元将所述直流二值电压的占空比与预设的占空比阈值进行比较，以检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述延时子单元通过将计时数值与预设的欠压检测时间阈值比较，判断是否到达所述报警时间。

7.一种伺服电机欠压保护方法，其特征在于，包括：

使用限幅器件将输入的交流电压转换为直流二值电压；

检测所述直流二值电压的占空比是否小于预设的占空比阈值；

若所述直流二值电压的占空比大于预设的占空比阈值，不发出欠压报警；

若所述直流二值电压的占空比小于预设的占空比阈值，检测计时数值是否大于预设的欠压检测时间阈值；

若所述计时数值大于预设的欠压检测时间阈值，发出欠压报警。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述限幅器件包括：光耦器件。