CN108923388A - 一种上电缓冲单元的故障检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上电缓冲单元的故障检测电路，包括线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块、隔离输出模块和MCU接收模块，线性降压模块包括电阻单元R3和电阻单元R4；整流滤波模块包括二极管单元D6、二极管单元D5、电阻R5和电容单元C2；隔离输入模块包括电阻R6和电阻R7；隔离输入模块和隔离输出模块之间设有光电耦合器PC1，光电耦合器PC1包括发光二极管D3和光敏三极管Q1；隔离输出模块包括并联相连的电阻R8和电容C3。本发明可靠性高，反应快速，在上电缓冲单元故障时能在较短的时间内响应，从而防止设备造成进一步的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及伺服驱动器及变频器领域，特别涉及到一种上电缓冲单元的故障检测电路及方法。
背景技术
交-直-交电压型的伺服驱动器及变频器的内部主回路电气原理图如图1所示，包括整流单元、上电缓冲单元、直流滤波储能单元、制动泻放单元、逆变输出单元和相电流检测单元；上电缓冲单元包含上电缓冲电阻R1以及电子受控开关K1。在输入电源上电瞬间，直流滤波储能单元初始状态相当于短路，上电缓冲电阻使电容C1两端的电压缓慢上升，当直流母线电压达到某阈值，受控电子开关闭合，将上电缓冲电阻R1旁路，完成上电。
现有技术中，专利号为CN201210312337公开了一种上电缓冲控制电路及其控制方法的专利中，上电缓冲单元均未增加单元故障检测，存在重大技术缺陷与风险：在电子受控开关失效，或控制信号因某种因素没有发送到电子开关的控制端时，功率电阻或功率型PTC置于主回路中，在后级负载工作时，功率电阻或PTC必然产生很大的热量，长时间工作时必然出现重大安全隐患，给生产及设备的正常运转带来不必要的经济损失。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种上电缓冲单元的故障检测电路及方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种上电缓冲单元的故障检测电路，包括线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块、隔离输出模块和MCU接收模块，
所述线性降压模块包括电阻单元R3和电阻单元R4，电阻单元R3的一端以及电阻单元R4的一端分别与上电缓冲单元的两端相连；
所述整流滤波模块包括二极管单元D6、二极管单元D5、电阻R5和电容单元C2，二极管单元D6包括两个串联相连的二极管D61和二极管D62，二极管单元D5包括两个串联相连的二极管D51和二极管D52，电阻单元R3的另一端与二极管D61和二极管D62的公共端相连，电阻单元R4的另一端与二极管D51和二极管D52的公共端相连，电阻R5和电容单元C2并联后的一端与二极管单元D6的阴极以及二极管单元D5的阴极均相连，电阻R5和电容单元C2并联后的另一端与二极管单元D6的阳极以及二极管单元D5的阳极均相连；
所述隔离输入模块包括电阻R6和电阻R7，电阻R7的一端与二极管单元D6的阴极相连；隔离输入模块和隔离输出模块之间设有光电耦合器PC1，光电耦合器PC1包括发光二极管D3和光敏三极管Q1，电阻R6与发光二极管D3并联相连，电阻R7的另一端与发光二极管D3的阳极相连，发光二极管D3的阴极与二极管单元D5的阳极相连；
所述隔离输出模块包括并联相连的电阻R8和电容C3，电阻R8和电容C3并联后的一端分别与光敏三极管Q1的发射极以及MCU接收模块的通用输入口相连，电阻R8和电容C3并联后的另一端接地，光敏三极管Q1的集电极与电源VCC相连。
进一步的，所述电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻串联形成。
进一步的，所述电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻混连形成。
进一步的，还包括稳压管DZ1，稳压管DZ1的阳极与二极管单元D5的阳极相连，稳压管DZ1的阴极与发光二极管D3的阴极相连。
进一步的，所述电容单元C2由若干电容并联形成。
进一步的，所述上电缓冲单元包括并联相连的电阻R1和电子开关K1，电阻单元R3和电阻单元R4的一端分别与电阻R1和电子开关K1并联后的A1端和A2端相连。
一种上电缓冲单元的故障检测电路的方法，当上电缓冲单元上电完成并正常运行时，A1端和A2端短接，A1端和A2端同电位，通过线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块和隔离输出模块使得无法达到发光二极管D3的导通阈值电压，发光二极管D3不导通，光敏三极管Q1输出低电平；
当上电缓冲单元出现故障时，电阻R1置于主回路，设此时母线电流有效值为Idc，则电阻R1两端的电压为VR＝Idc*R1，为保证光电耦合器的发光二极管D3可靠导通，需要保证原边电流IF大于1mA，则可以计算出VR的最小动作电压，其关系式有：VR＝VD3+VD5+VD6+(R3+R4+R7)*IF，其中IF选取1mA；
由于电阻R5和电阻R6的阻值大，为便于计算可忽略其电流分量，在关系式中VD3，VD5，VD6可通过器件规格书得到其导通压降；
通过选取电阻R3、电阻R4和电阻R7的值，并结合电阻R1的值，即可求得VR最小导通电压；VR为最小导通电压时，流通上电缓冲电阻R1的电流小于1A，符合电阻的功率降额；隔离输出的报警信号由光敏三极管Q1输出高电平，有效防止较大电流通过R1，从而保护伺服驱动器和变频器的安全运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明电路简单，可靠性高，生产成本低，并大大降低维护成本。本发明在上电缓冲单元故障时，能够在较短的时间内响应，输出报警信号到MCU，平稳关闭伺服驱动器和变频器输出，避免故障状态下长时间带负载运行，防止设备造成进一步的损坏。
附图说明
图1为交-直-交电压型的伺服驱动器及变频器的内部主回路电气原理图。
图2为本发明所述的上电缓冲单元的故障检测电路的工作示意图。
图3为本发明所述的上电缓冲单元的故障检测电路的实施例一的电路图。
图4为本发明所述的上电缓冲单元的故障检测电路的实施例二的电路图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图2～图4，本发明所述的一种上电缓冲单元的故障检测电路，包括线性降压模块302、整流滤波模块303、隔离输入模块304、隔离输出模块305和MCU接收模块。
线性降压模块302包括电阻单元R3和电阻单元R4，电阻单元R3的一端以及电阻单元R4的一端分别与上电缓冲单元的两端相连。
实施例一：
整流滤波模块303包括二极管单元D6、二极管单元D5、电阻R5和电容单元C2。二极管单元D6包括两个串联相连的二极管D61和二极管D62。二极管单元D5包括两个串联相连的二极管D51和二极管D52。电阻单元R3的另一端与二极管D61和二极管D62的公共端相连。电阻单元R4的另一端与二极管D51和二极管D52的公共端相连。电阻R5和电容单元C2并联后的一端与二极管单元D6的阴极以及二极管单元D5的阴极均相连。电阻R5和电容单元C2并联后的另一端与二极管单元D6的阳极以及二极管单元D5的阳极均相连。
隔离输入模块304包括电阻R6和电阻R7，电阻R7的一端与二极管单元D6的阴极相连。隔离输入模块和隔离输出模块之间设有光电耦合器PC1，光电耦合器PC1包括发光二极管D3和光敏三极管Q1。电阻R6与发光二极管D3并联相连，电阻R7的另一端与发光二极管D3的阳极相连。发光二极管D3的阴极与二极管单元D5的阳极相连。
隔离输出模块305包括并联相连的电阻R8和电容C3。电阻R8和电容C3并联后的一端分别与光敏三极管Q1的发射极以及MCU接收模块的通用输入口相连，电阻R8和电容C3并联后的另一端接地。光敏三极管Q1的集电极与电源VCC相连。
电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻串联形成。
电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻混连形成，即电阻单元R3和电阻单元R4包含数个串联、并联结合的电阻。
电容单元C2包含数个并联的电容。
上电缓冲单元301包括并联相连的电阻R1和电子开关K1，电阻单元R3和电阻单元R4的一端分别与电阻R1和电子开关K1并联后的A1端和A2端相连。
实施例二：
还包括稳压管DZ1，稳压管DZ1的阳极与二极管单元D5的阳极相连，稳压管DZ1的阴极与发光二极管D3的阴极相连。通过增加了稳压二极管DZ1，发光二极管D3的阴极与稳压管DZ1的阴极连接，稳压管DZ1的阳极与D5、D6的阳极连接；提高了发光二极管D3的导通阈值，增强抗扰能力。
当上电缓冲单元上电完成并正常运行时，A1端和A2端短接，A1端和A2端同电位，由于存在线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块和隔离输出模块，无法达到发光二极管D3的导通阈值电压1.5V～2V，发光二极管D3不导通，光敏三极管Q1输出低电平。
当上电缓冲单元出现故障时，电阻R1置于主回路，设此时母线电流有效值为Idc，则电阻R1两端的电压为VR＝Idc*R1。为保证光电耦合器的发光二极管D3可靠导通，需要保证原边电流IF大于1mA，则可以计算出VR的最小动作电压。其关系式有：VR＝VD3+VD5+VD6+(R3+R4+R7)*IF，其中IF选取1mA。
由于实例中电阻R5和电阻R6的阻值较大，为便于计算可忽略其电流分量，在关系式中VD3，VD5，VD6可通过器件规格书得到其导通压降。
通过合理选取电阻R3、电阻R4和电阻R7的值，并结合电阻R1的值，即可求得VR最小导通电压。在本实施例中，VR为最小导通电压时，流通上电缓冲电阻R1的电流小于1A，符合电阻的功率降额。隔离输出的报警信号由光敏三极管Q1输出高电平，能有效防止较大电流通过R1，从而保护伺服驱动器和变频器的安全运行。
在本发明中，电容单元C2为线路提供滤波储能及实现光电耦和器PC1的发光二极管D3的软开通，可提高电路的抗扰能力与光电耦合器PC1的可靠性。
在电源上电瞬间，由于主回路直流滤波储能单元C1相当于短路，上电缓冲电阻R1承受整个母线电压，线性降压环节需要采用多个电阻串联或采用串并结合的方式防止瞬态电压与电流的冲击；与此同时，隔离输出单元305的光敏三极管Q1会出现高电平的报警信号；此报警信号持续时间小于1秒，时间较短，在上电完成后光敏三极管Q1输出低电平的正常信号；为防止误报警，可通过MCU软件来处理。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：包括线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块、隔离输出模块和MCU接收模块，
所述线性降压模块包括电阻单元R3和电阻单元R4，电阻单元R3的一端以及电阻单元R4的一端分别与上电缓冲单元的两端相连；
所述整流滤波模块包括二极管单元D6、二极管单元D5、电阻R5和电容单元C2，二极管单元D6包括两个串联相连的二极管D61和二极管D62，二极管单元D5包括两个串联相连的二极管D51和二极管D52，电阻单元R3的另一端与二极管D61和二极管D62的公共端相连，电阻单元R4的另一端与二极管D51和二极管D52的公共端相连，电阻R5和电容单元C2并联后的一端与二极管单元D6的阴极以及二极管单元D5的阴极均相连，电阻R5和电容单元C2并联后的另一端与二极管单元D6的阳极以及二极管单元D5的阳极均相连；
所述隔离输入模块包括电阻R6和电阻R7，电阻R7的一端与二极管单元D6的阴极相连；隔离输入模块和隔离输出模块之间设有光电耦合器PC1，光电耦合器PC1包括发光二极管D3和光敏三极管Q1，电阻R6与发光二极管D3并联相连，电阻R7的另一端与发光二极管D3的阳极相连，发光二极管D3的阴极与二极管单元D5的阳极相连；
所述隔离输出模块包括并联相连的电阻R8和电容C3，电阻R8和电容C3并联后的一端分别与光敏三极管Q1的发射极以及MCU接收模块的通用输入口相连，电阻R8和电容C3并联后的另一端接地，光敏三极管Q1的集电极与电源VCC相连。
2.根据权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：所述电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻串联形成。
3.根据权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：所述电阻单元R3和电阻单元R4均分别由若干电阻混连形成。
4.根据权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：还包括稳压管DZ1，稳压管DZ1的阳极与二极管单元D5的阳极相连，稳压管DZ1的阴极与发光二极管D3的阴极相连。
5.根据权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：所述电容单元C2由若干电容并联形成。
6.根据权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路，其特征在于：所述上电缓冲单元包括并联相连的电阻R1和电子开关K1，电阻单元R3和电阻单元R4的一端分别与电阻R1和电子开关K1并联后的A1端和A2端相连。
7.一种如权利要求1所述的上电缓冲单元的故障检测电路的方法，其特征在于：当上电缓冲单元上电完成并正常运行时，A1端和A2端短接，A1端和A2端同电位，通过线性降压模块、整流滤波模块、隔离输入模块和隔离输出模块使得无法达到发光二极管D3的导通阈值电压，发光二极管D3不导通，光敏三极管Q1输出低电平；
当上电缓冲单元出现故障时，电阻R1置于主回路，设此时母线电流有效值为Idc，则电阻R1两端的电压为VR＝Idc*R1，为保证光电耦合器的发光二极管D3可靠导通，需要保证原边电流IF大于1mA，则可以计算出VR的最小动作电压，其关系式有：VR＝VD3+VD5+VD6+(R3+R4+R7)*IF，其中IF选取1mA；
由于电阻R5和电阻R6的阻值大，为便于计算可忽略其电流分量，在关系式中VD3，VD5，VD6可通过器件规格书得到其导通压降；
通过选取电阻R3、电阻R4和电阻R7的值，并结合电阻R1的值，即可求得VR最小导通电压；VR为最小导通电压时，流通上电缓冲电阻R1的电流小于1A，符合电阻的功率降额；隔离输出的报警信号由光敏三极管Q1输出高电平，有效防止较大电流通过R1，从而保护伺服驱动器和变频器的安全运行。
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