CN105897074B - 一种伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种伺服驱动器，电源转换的输入是外部提供的直流电源，分别输出给微处理器、驱动电路，微处理器的输入为电源转换，输出给驱动电路，高频开关电源转换分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，微处理器分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，高频开关电源转换将外部提供的直流电源分别输入给大功率输出a和大功率输出b，微处理器通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a和大功率输出b，大功率输出a和大功率输出b输出给外部大功率部件。本发明的伺服驱动器，实现了伺服驱动器直接驱动外部的功率可调的大功率部件，不必再另外配备电源，节约成本，增加便利性。

Description

一种伺服驱动器

技术领域

本发明涉及一种有大功率输出、且输出功率可调的交流伺服电机驱动器，特别涉及一种伺服驱动器。

背景技术

伺服驱动器控制伺服电机，可控制其速度、位置、扭矩，精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

常规地，现有的电机驱动器，只是包括单片机控制电路，电源电路，MOS管或IGBT驱动电路，电流、电压、位置检测电路，例如CN104682784A中公开的一种直流无刷电机驱动器，其组成主要包括单片机控制电路、电源电路、IGBT驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、位置检测电路。

在实际的伺服电机驱动系统中，不仅需要驱动电机，还经常需要驱动外部的电磁铁、电磁阀、大功率警报器、大功率灯等大功率部件，起到紧急刹车、向外报警等功能，而且需要功率可调。上述电机驱动器不能直接驱动外部的大功率部件，如要实现该功能，需要外接电子部件，体积大，成本高，容易出错，很麻烦，而且外部的大功率部件，需要另外配备电源，成本高、不方便。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种伺服驱动器，首要解决的技术问题是直接驱动外部的功率可调的大功率部件，不必再另外配备电源，节约成本，增加便利性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

提供一种伺服驱动器，其特征在于，包括：高频开关电源转换、大功率输出a、大功率输出b、微处理器、驱动电路、电源转换，其中，

所述微处理器与驱动电路电连接，所述驱动电路用于驱动伺服电机，所述电源转换分别与微处理器和驱动电路电连接，所述高频开关电源转换分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，所述微处理器分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，所述电源转换的输入是外部提供的直流电源，分别输出给微处理器、驱动电路，所述微处理器的输入为电源转换，输出给驱动电路，所述高频开关电源转换将外部提供的直流电源分别输入给大功率输出a和大功率输出b，所述微处理器通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a和大功率输出b，所述大功率输出a和大功率输出b分别输出给外部大功率部件。

进一步的，上述伺服驱动器中，还包括：输入单元、输出单元、通讯单元、检测单元，

所述微处理器分别与输入单元、输出单元、通讯单元、检测单元电连接，所述电源转换分别与输入单元、输出单元、通讯单元、检测单元电连接，所述检测单元与伺服电机电连接，所述电源转换的输入是外部提供的直流电源，所述电源转换分别输出给输入单元、输出单元、通讯单元、检测单元，所述输入单元的输入为外部的输入信号和电源转换，其输出给微处理器，所述输出单元的输入为微处理器和电源转换，其输出为外部的输出信号，所述检测单元的输入为配备有位置、转速检测的伺服电机和电源转换，其输出为微处理器，所述通讯单元的输入为微处理器和电源转换，其输出为微处理器。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述高频开关电源转换单元的输出电压为0～60V直流电。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述高频开关电源转换单元的开关频率为不低于10KHz。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述通讯单元的通讯方式为RS232、RS485、RS422、CAN、Ethernet、USB的其中一种或多种。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述驱动电路的开关器件为MOS管、IGBT中的任意一种。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述驱动电路的开关器件开关频率为10K～30KHz。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述微处理器包括单片机，所述单片机为DSP、ARM、PLC中的任意一种。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述输入单元和输出单元的输入信号为使能信号、正反转信号、紧急刹车信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述输入单元和输出单元的输出信号为故障报警信号、到位信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号的输出信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述驱动电路包括功率管逆变电路和驱动IC，所述功率管逆变电路和驱动IC电连接，所述微处理器产生的PWM信号输入给驱动IC，所述驱动IC将PWM信号进行电平转换并输出给功率管逆变电路，所述电源转换产生直流电源输入给驱动电路，所述功率管逆变电路输出给配备有位置、转速检测的伺服电机。

进一步的，上述伺服驱动器中，所述功率管逆变电路主路中至少包含一个电容器。

本发明中，所述微处理器与驱动电路电连接，所述驱动电路用于驱动伺服电机，所述电源转换分别与微处理器和驱动电路电连接，所述高频开关电源转换分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，所述微处理器分别与大功率输出a和大功率输出b电连接，所述电源转换的输入是外部提供的直流电源，分别输出给微处理器、驱动电路，所述微处理器的输入为电源转换，输出给驱动电路，所述高频开关电源转换将外部提供的直流电源分别输入给大功率输出a和大功率输出b，所述微处理器通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a和大功率输出b，所述大功率输出a和大功率输出b分别输出给外部大功率部件，实现了伺服驱动器直接驱动外部的功率可调的大功率部件，不必再另外配备电源，节约成本，增加便利性。

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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的大功率输出单元示意图。

标号说明：

1-高频开关电源转换，2-大功率输出a，3-大功率输出b，4-微处理器，5-驱动电路，25-输出单元，26-输入单元，27-电源转换，28-通讯单元，29-检测单元，51-功率管逆变电路，52-驱动IC；

6-过流保护单元，7-电感，8-蓄能电容器，9-高频滤波电容，10-限流电阻，11-滤波电容，12-分压电阻，13-开关器件，14-分压电阻，15-另一分压电阻，16-大功率开关器件，17-高频电容，18-电阻，19-二极管，20-大功率输出负载，21-电磁干扰滤波单元，22-开关控制单元，23-开关尖峰吸收电路，24-大功率输出接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明提供一种伺服驱动器，包括高频开关电源转换1、大功率输出a2、大功率输出b 3、微处理器4、驱动电路5、电源转换27，其中，

驱动电路5用于驱动伺服电机；

微处理器4用于控制伺服电机运转、控制大功率输出a 2、大功率输出b 3和各种输入输出单元；

电源转换27用于微处理器4提供直流电源，电源转换27为DC/DC转换电路、AC/DC转换电路任意一种，DC/DC转换电路为开关频率电路，其开关频率为不低于10KHz；

大功率输出a 2和大功率输出b 3用于通过PWM占空比可调的脉冲信号进行驱动外部大功率部件；

高频开关电源转换1用于为外部大功率部件供电和驱动器内部各部分供电，高频开关电源转换1与外部大功率部件电连接处需要串接保险丝，起到避免外部大功率部件短路而损坏内部电路；

微处理器4与驱动电路5电连接，驱动电路5用于驱动伺服电机，电源转换27分别与微处理器4和驱动电路5电连接，高频开关电源转换1分别与大功率输出a 2和大功率输出b3电连接，微处理器4分别与大功率输出a 2和大功率输出b 3电连接；

电源转换27的输入是外部提供的直流电源，分别输出给微处理器4、驱动电路5，电源转换27的输出电压是该伺服驱动器内部所需的电压，如3.3V、5V、12V、24V、48V，微处理器4的输入为电源转换17，输出给驱动电路5，高频开关电源转换1将外部提供的直流电源分别输入给大功率输出a 2和大功率输出b 3，为大功率输出a 2和大功率输出b 3提供所需的大功率直流电源，微处理器4通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a 2和大功率输出b 3，大功率输出a 2和大功率输出b 3分别输出给外部大功率部件，大功率输出a 2和大功率输出b 3是通过微处理器4改变0％～100％的PWM占空比，PWM占空比值与驱动外部大功率部件的输出功率成正比例关系，从而实现直接驱动外部大功率部件，带来便利性，大功率输出a 2和大功率输出b 3可以驱动外部的电磁铁、电磁阀、大功率警报器、大功率灯等大功率部件，该输出单元内部至少包括三极管或MOS管开关器件任意一种，高频开关电源转换1是高频开关电源电路，最高频率可达2.5MHz，效率最高可达95％，具有发热量小，不需要额外增加散热块、体积小、简单等特点；大功率输出a 2和大功率输出b 3可直接驱动外部的功率可调的大功率部件，不必再另外配备电源，节约成本，增加便利性。

优选的，还包括：输出单元25、输入单元26、通讯单元28、检测单元29；

输入单元26用于对输入信号进行处理；

输出单元25用于对输出信号进行处理；

通讯单元28用于同外部进行相互通讯；

检测单元29用于对伺服电机的电流、位置、转速进行检测；

微处理器4分别与输入单元26、输出单元25、通讯单元28和检测单元29电连接，电源转换27分别与输入单元26、输出单元25、通讯单元28和检测单元29电连接，伺服电机与检测单元29电连接；

电源转换27的输入是外部提供的直流电源，电源转换27分别输出给输入单元26、输出单元25、通讯单元28和检测单元29，输入单元26的输入为外部的输入信号和电源转换27，输入单元26输出给微处理器4，输出单元25的输入为微处理器4和电源转换27，输出单元25的输出为外部的输出信号，检测单元29的输入为配备有位置、转速检测的伺服电机和电源转换27，检测单元29的输出为微处理器4，通讯单元28的输入为微处理器4和电源转换27，通讯单元28的输出为微处理器4，通讯单元28是为了实现该伺服驱动器内部的微处理器4同外部设备进行实时通讯，把电机的位置、扭矩、转速信号，驱动器的过流、过压、过温等故障信号，以及驱动器的电压和电流信号实时传送给外部设备，同时外部设备通过通讯单元28把控制电机运转的使能信号、正反转信号、紧急刹车信号传送给本实施例中的伺服驱动器，由于输入单元26、输出单元25、通讯单元28和检测单元29之间的配合，提高了传输信号的准确性。

优选的，高频开关电源转换1的输出电压为0～60V直流电，保证安全性，从而降低带来的安全隐患。

优选的，高频开关电源转换1的开关频率为不低于10KHz，开关频率越高，高频开关电源的体积越小，带来一定便携性。

优选的，通讯单元28的通讯方式为RS232、RS485、RS422、CAN、Ethernet、USB的其中一种或多种，具有通过以上多种通讯方式同外部设备进行实时通讯的功能。

优选的，驱动电路5的开关器件为MOS管、IGBT中的任意一种，MOS管、IGBT都是理想的开关器件，IGBT驱动功率小而饱和压降低，MOS管更小更省电。

优选的，驱动电路5的开关器件开关频率为10K～30KHz，开关频率选择在范围内，电压波型好，如果频率过高会使得开关器件发热，产生一定安全隐患。

优选的，微处理器4包括单片机，单片机为DSP、ARM、PLC中的任意一种，单片机DSP、ARM、PLC具有可编程微处理器4的功能。

优选的，输入单元26和输出单元25的输入信号为使能信号、正反转信号、紧急刹车信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种，从而输入单元26和输出单元25在驱动器内部各部件中的输入信号具有较强的灵敏度功能，降低一定的安全隐患。

优选的，输入单元26和输出单元25的输出信号为故障报警信号、到位信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号的输出信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种，从而输入单元26和输出单元25在驱动器内部各部件中的输出信号具有较强的灵敏度功能，提高信息输出准确度，增强安全性。

优选的，驱动电路5包括功率管逆变电路51和驱动IC 52，功率管逆变电路51和驱动IC 52电连接，微处理器4产生的PWM信号输入给驱动IC 52，驱动IC 52将PWM信号进行电平转换并输出给功率管逆变电路51，功率管逆变电路51输出给配备有位置、转速检测的伺服电机，功率管逆变电路51和驱动IC 52起到驱动伺服电机运转的功能。

优选的，功率管逆变电路51主路中至少包含一个电容器，具有电能存储的功能。

如图2所示为大功率输出单元的电路示意图，大功率输出单元为大功率输出a 2、大功率输出b 3中的任意一个，大功率输出单元包括过流保护单元6、电磁干扰滤波单元21、开关控制单元22、开关尖峰吸收电路23、大功率输出接口24；

过流保护单元6至少包含一保险丝，其一端与供电电源VCC电连接，另一端与电磁干扰滤波单元21电连接，是为了防止电流过大，而对大功率输出接口24、开关控制单元22、电磁干扰滤波单元21以及供电电源VCC起到保护作用，电磁干扰滤波单元21包括一电感7、一蓄能电容器8和一高频滤波电容9，电感7的一端与过流保护单元6电连接，另一端与蓄能电容器8电连接，蓄能电容器8起到蓄能作用，防止供电电源VCC随着开关控制单元22驱动大功率输出接口24产生的波动而波动，高频滤波电容9起高频滤波作用，把VCC通过所述电感7后的主路上的高频干扰进行滤波处理；

开关控制单元22包括限流电阻10、滤波电容11、分压电阻12、开关器件13、分压电阻14、分压电阻15和大功率开关器件16，限流电阻10与开关器件13的基极电连接，起到对开关器件13进行限流作用，滤波电容11起到干扰信号的滤波作用，同时调节开通开关器件13的延时时间，分压电阻12起到对开关器件13的基极电压进行分压作用，开关器件13包括NPN型三极管，起到初级开关作用，分压电阻14的一端与开关器件13的集电极电连接，另一端与大功率开关器件16的栅极电连接，另一分压电阻15的一端与大功率开关器件16的源极电连接，另一端与大功率开关器件16的栅极电连接，把VCC通过所述电感7后的主路电压进行分压为合适电压，以便来驱动大功率开关器件16，大功率开关器件16至少包含一P型MOS管或IGBT，当开关器件13开通时，在分压电阻14和分压电阻15的作用下，大功率开关器件16被开通，把VCC通过所述电感7后的电源加载到大功率输出接口24上，大功率开关器件16的输出功率大小与输入信号Vin的占空比成正比；

开关尖峰吸收电路23包括高频电容17和电阻18，高频电容17和电阻18组成开关尖峰吸收电路，吸收大功率开关器件16在高频开关情况下产生的脉冲尖峰；

大功率输出接口24包括二极管19和大功率输出负载20，其中二极管19为快速恢复二极管，大功率输出负载20为电磁铁、电磁阀、电阻、警报器、电机或大功率灯，大功率输出负载20是实际的伺服电机驱动系统中的重要组成部件，起到紧急刹车、向外报警等功能，还可以实现功率可调。

综上所述，本发明中，微处理器4与驱动电路5电连接，驱动电路5用于驱动伺服电机，电源转换27分别与微处理器4和驱动电路5电连接，高频开关电源转换1分别与大功率输出a 2和大功率输出b 3电连接，微处理器4分别与大功率输出a 2和大功率输出b 3电连接，电源转换27的输入是外部提供的直流电源，分别输出给微处理器4、驱动电路5，微处理器4的输入为电源转换17，输出给驱动电路5，高频开关电源转换1将外部提供的直流电源分别输入给大功率输出a 2和大功率输出b 3，为大功率输出a 2和大功率输出b 3提供所需的大功率直流电源，微处理器4通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a 2和大功率输出b 3，大功率输出a 2和大功率输出b 3分别输出给外部大功率部件，实现了伺服驱动器直接驱动外部的功率可调的大功率部件，不必再另外配备电源，节约成本，增加便利性。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种伺服驱动器，其特征在于，包括:高频开关电源转换(1)、大功率输出a(2)、大功率输出b(3)、微处理器(4)、驱动电路(5)、电源转换(27)，其中，

所述微处理器(4)与驱动电路(5)电连接，所述驱动电路(5)用于驱动伺服电机，所述电源转换(27)分别与微处理器(4)和驱动电路(5)电连接，所述高频开关电源转换(1)分别与大功率输出a(2)和大功率输出b(3)电连接，所述微处理器(4)分别与大功率输出a(2)和大功率输出b(3)电连接；

所述微处理器通过产生PWM占空比可调的脉冲信号分别输入给大功率输出a(2)和大功率输出b(3)，所述大功率输出a(2)和大功率输出b(3)分别输出给外部大功率部件；

所述电源转换(27)和所述高频开关电源转换(1)的输入是外部提供的直流电源，使伺服驱动器直接驱动外部的功率可调的大功率部件。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，还包括:输出单元(25)、输入单元(26)、通讯单元(28)、检测单元(29)，所述微处理器(4)分别与输入单元(26)、输出单元(25)、通讯单元(28)和检测单元(29)电连接，所述电源转换(27)分别与输入单元(26)、输出单元(25)、通讯单元(28)和检测单元(29)电连接，所述检测单元(29)与伺服电机电连接。

3.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述高频开关电源转换(1)的输出电压为直流电。

4.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述高频开关电源转换(1)的开关频率为不低于10KHz。

5.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，所述通讯单元(28)的通讯方式为RS232、RS485、RS422、CAN、Ethernet、USB的其中一种或多种。

6.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述驱动电路(5)的开关器件为M0S管、IGBT中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的伺服驱动器，其特征在于，所述驱动电路(5)的开关器件开关频率为

8.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述微处理器(4)包括单片机，所述单片机为DSP、ARM、PLC中的任意一种。

9.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，所述输入单元(26)和输出单元(25)的输入信号为使能信号、正反转信号、紧急刹车信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种。

10.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，所述输入单元(26)和输出单元(25)的输出信号为故障报警信号、到位信号、光电编码器信号、Hall传感器信号、旋转变压器信号的输出信号、数字控制信号、PWM方波信号的其中一种或多种。

11.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述驱动电路(5)包括功率管逆变电路(51)和驱动IC(52)所述功率管逆变电路(51)和驱动IC(52)电连接。

12.根据权利要求11所述的伺服驱动器，其特征在于，所述功率管逆变电路(51)主路中至少包括一个电容器。