CN110212510A - 一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路 - Google Patents

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张巍
林强强
曲政
陈鹏
王岩
岳宗帅
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Abstract

本发明公开了一种多途径综合抑制母线电压泵升电路，使用高能薄膜电容吸收泵升能量，并配合使用泄放电路，根据采集的母线电压、温度等信号设置对应泄放回路开启电压，保证泄放电路在可靠工作情况下最大程度吸收泵升能量。另外，基于泵升工况通过软件控制，强制开启或关闭IGBT上下管，形成断路减小母线电压泵升。并对输入指令进行优化，进一步一致母线电压泵升。抑制母线电压泵升，可有效保护控制驱动器，避免出现因超载过额导致元器件损坏，提高产品可靠性和使用寿命。

Description

一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路
技术领域
本发明属于机电伺服驱动领域，具体涉及一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路。
背景技术
伺服控制驱动器用于控制和驱动电机运动，电机在停止或减速过程处于发电模式，产生的电压会反灌到母线使得母线电压泵升，如果电压泵升过高会导致驱动回路上使用的元器件损坏，导致产品工作异常。现有技术在功率电两端并联电容吸收泵升能量，或者在功率电路两端并联大功率电阻，通过开关接通泄放电阻消耗泵升能量。但对应功率的泄放电阻尺寸相对大，完全采用电阻进行能量难以实现，针对小型化结构要求本发明提出一种多途径综合自抑制母线电压泵生的技术。仅采用泄放电阻消耗能量需选择对应功率的电阻，而航天产品要求小型化结构。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种多途径综合抑制母线电压泵升电路，使用高能薄膜电容吸收泵升能量，并配合使用泄放电路，根据采集的母线电压、温度等信号设置对应泄放回路开启电压，保证泄放电路在可靠工作情况下最大程度吸收泵升能量。另外，基于泵升工况通过软件控制，强制开启或关闭IGBT上下管，形成断路减小母线电压泵升。并对输入指令进行优化，进一步一致母线电压泵升。抑制母线电压泵升，可有效保护控制驱动器，避免出现因超载过额导致元器件损坏，提高产品可靠性和使用寿命。
一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路，功率管开关电路母线两端并联高蓄能薄膜电容，包括泄放电阻电路，所述泄放电阻电路，使用IGBT作为泄放电路开关且串联在母线上，泄放电阻并联在母线两端，控制芯片输出的泄放电路开关信号经过电平转换电路进行电平转换，经过驱动电路输出能够直接驱动IGBT开关的驱动信号，实现泄放电路的开关控制。
所述高蓄能薄膜电容有3个，均为40uF/450V。
进一步的，所述泄放电阻有3个。
进一步的，还包括电压监控电路、温度监测电路；
所述电压监控电路使用隔离放大器U21对母线电压进行隔离，电阻R23、电阻R24进行输出限流，运算放大器U22将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R25用于配置运算放大器U22增益，电阻R26、电阻R27对运算放大器U22的输出进行分压，最终经过运算放大器U23输出到控制芯片的电压，实现母线电压采集；
所述温度监测电路由温度采集信号处理电路、信号隔离电路、信号放大处理电路组成，温度传感器在不同温度下有对应的电阻值Rx，电阻Rx、R31和电阻R32、电阻R310分别对供电电源分压，产生两个电压分别作为运算放大器U35的差分输入信号，电阻R39用于配置运放U35的增益，经过温度采集信号处理电路的处理输出电压，使用隔离放大器U31对采集处理后的泄放电阻温度电压进行隔离，配置隔离放大器的增益为1，电阻R33、电阻R34进行输出限流，运算放大器U32将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R35用于配置运算放大器U32增益，电阻R36、电阻R37对运算放大器U32的输出进行分压，最终经过运算放大器U33输出到控制芯片的电压，实现泄放电阻温度采集。
进一步的，所述控制芯片根据采集的母线电压、泄放电阻温度进行泄放电路开关智能控制，设置不同泄放回路开启电压，保证此开启电压下泄放电阻电路安全有效工作。
进一步的，所述泄放电阻与壳体间设置导热绝缘垫。
进一步的，所述壳体表面设置导流槽。
本发明的有益效果如下：
[1]根据负载设计匹配吸收泵升电压电容，并使用高蓄能电容可将吸收的泵升能量再利用，实现能量自吸收与再利用；
[2]进行泄放电阻消耗泵升能量冗余设计，当自身吸收电容达到饱和，电压依旧泵升时开启泄放消耗电路，泄放电路开关信号由控制芯片DSP输出；
[3]进行母线电压监测电路设计，将监测的母线泵升电压信号传到DSP片内AD进行信号采集；
[4]进行泄放电阻温度监测电路设计，将泄放电阻温度信号传到DSP片内AD进行信号采集；
[5]进行IGBT温度监测电路设计，将IGBT温度信号传到DSP片内AD进行信号采集；
[6]进行芯片软件智能泄放电压控制设计，DSP芯片根据综合采集的母线泵升电压、泄放电阻温度、IGBT温度，选择泄放路开启电压，保证泄放电路正常工作；
[7]进行软件开关管控制抑制母线泵升，在电机停止母线泵升时，通过软件强制关闭IGBT对应上管，打开对应下管，使电机泵升电压与母线电路形成断路，从而抑制母线电压泵升；
[8]优化软件设计，对接收的使母线电压泵升高的运动指令进行处理，减小母线电压泵升；
[9]泄放电阻多个并联使用，可以充分利用控制器内部空间进行泄放电阻摆放；
[10]进行泄放电阻充分散热设计，泄放电阻与壳体间增加导热绝缘垫并在壳体增加导流槽设计，加强散热。
附图说明
图1是自抑制泵生电压电路结构框图；
图2是泄放电阻方案原理框图；
图3是母线电压监测原理框图；
图4是温度监测原理框图；
图5是功率管工作原理框图；
图6是指令限速处理原理图；
图7是散热结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。
一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路包括泄放电阻电路101、电压监控电路102、温度监测电路103，温度检测电路由温度采集信号处理电路104、信号隔离电路105、信号放大处理电路106组成。
泄放电阻电路101，使用IGBT作为泄放电路开关串联在母线上，泄放电阻并联在母线两端，泄放电路开启后消耗泵升能量。控制芯片U11输出的泄放电路开关信号经过U12进行电平转换，经过驱动电路U13输出能够直接驱动IGBT开关的驱动信号，实现泄放电路的开关控制。
电压监控电路102，使用隔离放大器U21对母线电压进行隔离，配置隔离放大器的增益为1，对应输出差分电压信号电压为Vout+-Vout-＝UDC。R23、R24进行输出限流，U22为运算放大器将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R25用于配置运放增益，对应增益为G＝1+(49.4kΩ/R25)。电阻R26、R27对U22的输出进行分压，最终经过运算放大器U23输出到控制芯片的电压，对应大小为UADC＝[1+(49.4kΩ/R25)]R27UDC/(R26+R27)，实现母线电压采集。
温度监测电路103由温度采集信号处理电路104、信号隔离电路105、信号放大处理电路106组成，信号隔离电路105温度传感器在不同温度下有对应的电阻值Rx，电阻Rx、R31和电阻R32、R310分别对供电电源分压，产生两个电压分别作为运放U35的差分输入信号，电阻R39用于配置运放U35的增益G1＝1+(100kΩ/R39)，经过温度采集电路的处理输出电压为
使用隔离放大器U31对采集处理后的温度电压进行隔离，配置隔离放大器的增益为1，对应输出差分电压信号电压为Vout+-Vout-＝Vo2。R33、R34进行输出限流，U32为运算放大器将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R35用于配置运放增益，对应增益为G＝1+(49.4kΩ/R35)。电阻R36、R37对U32的输出进行分压，最终经过运算放大器U33输出到控制芯片的电压，对应大小为UADC_wendu＝[1+(49.4kΩ/R35)]R37VO1/(R36+R37)，实现温度采集。
使用高蓄能薄膜电容C1、C2、C3并联在功率管开关电路107母线两端，在充分利用结构前提下，使用高耐压、大容量电容40uF/450V将吸收的泵生能量再利用，实现能量自吸收与再利用。
在充分利用结构空间前提下，使用多个泄放电阻R11、R12、R13并联，泄放回路辅助高蓄能电容吸收泵生能量。控制芯片根据综合采集的母线电压、泄放电阻温度、IGBT温度进行泄放电路开关智能控制，根据采集信号设置不同泄放回路开启电压，保证此开启电压下泄放电路能够安全有效工作。
进行软件开关管控制抑制母线泵生，在电机停止或者减速母线泵生时，将功率开关管电路107中功率管G1、G2、G3通过软件强制关闭，功率管G4、G5、G6通过软件强制开启，使电机泵生电压与母线电路形成断路，从而抑制母线电压泵生。
指令中设置母线回路状态标志，以反馈产品在功率电源可吸收泵生电压电路状态和功率电源不可吸收泵生电压电路状态，控制软件检测到产品在功率电源不可吸收泵生电压电路状态时，对接收的指令进行限速处理，如图5在接收到30°阶跃信号时进行软件处理为上升过程0.3s的斜坡信号。
泄放电阻与壳体间增加导热绝缘垫并在壳体增加导流槽设计，导流槽如图6以加强散热。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (7)

1.一种多途径综合自抑制母线电压泵升电路，功率管开关电路母线两端并联高蓄能薄膜电容，其特征在于，包括泄放电阻电路，其使用IGBT作为泄放电路开关且串联在母线上，泄放电阻并联在母线两端，控制芯片输出的泄放电路开关信号经过电平转换电路进行电平转换，经过驱动电路输出能够直接驱动IGBT开关的驱动信号，实现泄放电路的开关控制。
2.根据权利要求1所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，所述高蓄能薄膜电容有3个，均为40uF/450V。
3.根据权利要求1或2所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，所述泄放电阻有3个。
4.根据权利要求3所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，还包括电压监控电路、温度监测电路；
所述电压监控电路使用隔离放大器U21对母线电压进行隔离，电阻R23、电阻R24进行输出限流，运算放大器U22将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R25用于配置运算放大器U22增益，电阻R26、电阻R27对运算放大器U22的输出进行分压，最终经过运算放大器U23输出到控制芯片的电压，实现母线电压采集；
所述温度监测电路由温度采集信号处理电路、信号隔离电路、信号放大处理电路组成，温度传感器在不同温度下有对应的电阻值Rx，电阻Rx、R31和电阻R32、电阻R310分别对供电电源分压，产生两个电压分别作为运算放大器U35的差分输入信号，电阻R39用于配置运放U35的增益，经过温度采集信号处理电路的处理输出电压，使用隔离放大器U31对采集处理后的泄放电阻温度电压进行隔离，配置隔离放大器的增益为1，电阻R33、电阻R34进行输出限流，运算放大器U32将差分电压信号转换成单端电压信号，电阻R35用于配置运算放大器U32增益，电阻R36、电阻R37对运算放大器U32的输出进行分压，最终经过运算放大器U33输出到控制芯片的电压，实现泄放电阻温度采集。
5.根据权利要求4所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，所述控制芯片根据采集的母线电压、泄放电阻温度进行泄放电路开关智能控制，设置不同泄放回路开启电压。
6.根据权利要求3所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，所述泄放电阻与壳体间设置导热绝缘垫。
7.根据权利要求6所述的自抑制母线电压泵升电路，其特征在于，所述壳体表面设置导流槽。
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