CN110226284A - 制动器驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的电磁制动器(4)的驱动电路(50)使用于电路(1)，该电路(1)具备：马达(2)；转换器(10)，将交流电压转换成直流电压并使其产生于一对DC链路总线(38P、38N)之间；及逆变器(20)，将直流电压转换成交流电压从而驱动马达(2)。全桥电路(52)具有连接于一对DC链路总线(38P、38N)的一对电源端子(VDD、VSS)和与电磁制动器(4)连接的一对输出端子(OUT1、OUT2)。

Description

制动器驱动电路
技术领域
本发明涉及一种制动器驱动电路。
背景技术
作为停止马达的旋转的方式，广泛使用电磁制动器。电磁制动器是机械制动器的一种。在非励磁工作型的电磁制动器中，在励磁线圈的非通电状态下，弹簧线圈使电枢按压在制动轮毂上，成为制动器工作的状态(保持状态)。若电压施加于励磁线圈，则电磁铁吸引电枢，制动器成为释放状态。基于这种特性，非励磁工作型的电磁制动器广泛使用于优先考虑紧急情况或停电时的安全性的用途中。
作为电磁制动器的驱动电路，已知有正常制动电路和紧急制动电路。图1是正常制动电路的电路图。整流器10将交流电压进行整流。逆变器20将整流器10所生成的直流电压VDC转换成交流电压从而驱动马达2。
正常制动电路30具备开关32、开关34及半波整流器36。在正常制动电路30中供给有交流电压。开关32、34在释放状态下设为导通，交流电压VRT经由半波整流器36进行半波整流后施加于电磁制动器4的励磁线圈中。
当电磁制动器4切换为保持状态时，两个开关32、34被断开。若开关32、34被断开，则原本流向电磁制动器4的励磁线圈的电流(称为线圈电流)流向由励磁线圈和二极管D2形成的回路并且以一定的时间常数逐渐衰减。若线圈电流变成低于吸引保持电流，则电磁制动器4成为保持状态，其结果，线圈电流的缓慢衰减成为制动的延迟。
紧急制动电路的开启状态的动作与正常制动电路相同，半波整流后的电压施加到励磁线圈。紧急制动电路构成为如下：当电磁制动器4切换为保持状态时，停止对励磁线圈的通电，之后使线圈电流流向另一路径以使其不会回流到励磁线圈。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平4-111293号公报
专利文献2：日本特开2001-349358号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明是鉴于上述情况而完成的，其一种实施方式的例示性目的之一在于提供一种能够使电磁制动器紧急制动的新型的制动器驱动电路。
用于解决技术课题的手段
本发明的一种实施方式涉及一种电磁制动器的驱动电路，其使用于电路中，该电路具备：马达；转换器，将交流电压转换成直流电压并使其产生于一对DC链路总线之间；及逆变器，将直流电压转换成交流电压从驱动马达。驱动电路具备全桥电路，该全桥电路具有：一对电源端子，连接于一对DC链路总线；及一对输出端子，与电磁制动器连接。
根据该实施方式，经由全桥电路而施加与一对DC链路总线的直流电压相对应的驱动电压，从而能够释放电磁制动器。并且，在保持状态下，停止基于全桥电路对电磁制动器施加驱动电压，使流过电磁制动器的励磁线圈的电流经过该全桥电路回收到DC链路总线，由此能够进行紧急制动。并且，励磁线圈的电流不会被电阻等消耗而回收到DC链路总线进行再利用，因此从节能的观点来看也是优异的。
全桥电路可以包括：第1晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管；及第2晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管。
全桥电路可以包括：第1晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管；及二极管对，其包括对角设置的两个二极管。
在电磁制动器的释放状态下，可以根据应施加于电磁制动器的驱动电压来调节第1晶体管对的开关占空比。由此能够提高电磁制动器的选择自由度。
第1晶体管对在启动后的过励磁期间，可以(i)固定地设为导通，或者(ii)以比随后的释放期间的第1晶体管对的开关占空比更大的占空比进行开关动作。
在制动期间，全桥电路的第2晶体管对可以固定地设为导通。
在制动期间，全桥电路的第2晶体管对的两个晶体管中的至少一个晶体管可以进行开关动作。由此，能够限制或调节回收到DC链路总线的电流量。
另外，以上构成要件的任意的组合或将本发明的构成要件或表现在方法、装置及系统等之间相互置换的方式也作为本发明的方式而有效。
而且，该项目(用于解决技术课题的手段)的记载并没有对本发明的不可缺少的所有特征进行了说明，因而，所记载的这些特征的子组合也可以是本发明。
发明效果
根据本发明的一种实施方式，能够紧急制动电磁制动器。
附图说明
图1是正常制动电路的电路图。
图2是具备实施方式所涉及的驱动电路的电路的框图。
图3是第1实施例所涉及的电路的电路图。
图4是基于图3的驱动电路的第1制动动作的波形图。
图5中(a)及(b)是表示释放期间及制动期间的全桥电路的状态的电路图。
图6是基于图3的驱动电路的第2制动动作的波形图。
图7是第1变形例所涉及的驱动电路的电路图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。在各附图中，对相同或相等的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当地省略重复说明。并且，实施方式并不用于限定本发明而是例示，实施方式中记载的所有特征或其组合未必一定为本发明的本质。
图2是具备实施方式所涉及的驱动电路50的电路(系统)1的框图。电路1具备马达2、电磁制动器4、整流器10、逆变器20、DC链路总线38P、DC链路总线38N、DC链路电容器40及驱动电路50。
整流器10将交流电压VAC转换成直流电压(称为DC链路电压)VDC，并使其产生于一对DC链路总线38P、38N之间。交流电压VAC可以是单相电压，也可以是三相电压。在本实施例中，交流电压VAC为三相400V，DC链路电压VDC成为600V。在DC链路总线38P、38N之间连接有DC链路电容器40。逆变器20将DC链路电压VDC转换成交流电压VU～VW从而驱动马达2。
驱动电路50具备全桥电路(H桥电路)52及控制器54。全桥电路52具有与一对DC链路总线38连接的一对电源端子VDD、VSS和与电磁制动器4连接的一对输出端子OUT1、OUT2。全桥电路52包括VDD与OUT1之间、VDD与OUT2之间、VSS与OUT1之间、VSS与OUT2之间这四个元件。如后所述，全桥电路52由开关元件的组合构成或者由开关元件与整流元件的组合构成。
接着，对基于控制器54的全桥电路52的控制及驱动电路50的动作进行说明。
控制器54通过控制全桥电路52的状态来切换电磁制动器4的释放状态及保持状态。具体而言，控制器54使全桥电路52成为激活状态，从而在全桥电路52的输出端子OUT1、OUT2之间产生与一对DC链路总线38P、38N之间的DC链路电压VDC相对应的驱动电压VDRV。若该驱动电压VDRV施加到电磁制动器4，则电磁制动器4被释放。
并且，在保持状态下，控制器54使全桥电路52成为非激活状态，使其输出OUT1、OUT2固定地成为高阻抗或分时地成为高阻抗。由此停止对电磁制动器4施加正向的驱动电压VDRV。流过电磁制动器4的励磁线圈的电流不会回流到励磁线圈，而是经由全桥电路52回收到DC链路总线。由此能够进行紧急制动。
励磁线圈的电流不会被电阻等消耗，而是回收到DC链路总线38P、38N(即，DC链路电容器40)。由于该能量可再利用，因此，从节能的观点考虑也是优异的。
本发明可以理解为图2的框图或电路图，或者本发明可以涉及到从上述说明导出的各种装置、电路中，其并不只限于特定的结构。以下，为了帮助理解本发明的本质或电路动作并且为了使其明确化，对更加具体的实施例或变形例进行说明，而其并不用于缩小本发明的范围。
(第1实施例)
图3是第1实施例所涉及的电路1A的电路图。在该实施例中，整流器10为二极管桥式电路，逆变器20为三相逆变器。
全桥电路52A包括第1晶体管对60及第2晶体管对62。第1晶体管对60包括对角设置的两个晶体管M1、M4，第2晶体管对62包括对角设置的两个晶体管M2、M3。晶体管M1～M4可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Trans istor：绝缘栅双极晶体管)或双极晶体管、MOSFET(Metal Oxide Semicondu ctor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等。控制器54A控制全桥电路52A的四个晶体管M1～M4。在晶体管M1～M4中，二极管反向并联连接。
(第1制动动作)
图4是基于图3的驱动电路50A的第1制动动作的波形图。在图4中，从上方依次表示驱动电压VDRV的时间平均值、全桥电路52A的各晶体管的状态、流过电磁制动器4的励磁线圈的电流IMB。
在时刻t0，驱动电路50开始动作。在刚开始动作之后的过励磁期间T01，使全桥电路52的第1晶体管对60(M1、M4)固定地成为导通，使第2晶体管对62的晶体管M2、M3固定地成为断开。此时，驱动电压VDRV与DC链路电压VDC(≈600V)相等。在刚开始启动之后，通过使励磁线圈强烈地励磁，能够迅速释放制动器。
在随后的释放期间T12，使第2晶体管对62的晶体管M2、M3维持断开的状态，使第1晶体管对60的晶体管M1、M4进行开关动作。在第1晶体管对60断开的期间，线圈电流IMB经由与晶体管M3、M4并联的二极管流过。
释放期间T12的驱动电压VDRV(平均值)成为VDRV＝VDC×DUTY。DUTY是第1晶体管对60的晶体管M1、M4的占空比。在该释放期间T12，可以根据应施加于电磁制动器4的额定电压来调节第1晶体管对60的晶体管M1、M4的开关占空比DUTY。根据应施加于电磁制动器4的驱动电压VDRV的额定值VDRV(SPEC)来确定占空比DUTY即可。
DUTY＝VDRV(SPEC)/VDC×100％
另外，在过励磁期间T01，也可以使第1晶体管对60(M1、M4)以比释放期间T12的占空比DUTY更大的占空比DUTY’进行开关动作。由此，在过励磁期间T01能够使励磁线圈强烈地励磁，并且能够根据占空比DUTY’来调节基于驱动电压VDRV的励磁程度。
VDRV＝VDC×DUTY’
图5中(a)是表示释放期间T12的全桥电路52的状态的电路图。线圈电流IMB从DC链路总线38P经过晶体管M1、电磁制动器4的励磁线圈L及晶体管M4流向DC链路总线38N。
在时刻t2，若制动保持指令输入到控制器54，则开始制动期间T23，使第1晶体管对60的晶体管M1、M4均断开，使第2晶体管对62的晶体管M2、M3固定地成为导通。此时，在OUT1端子上显示0V，在OUT2端子上显示VDC。即，施加于励磁线圈的电压成为与释放期间的极性相反的-VDC。该极性相反的电压-VDC使线圈电流IMB衰减。
图5中(b)是表示制动期间T23的全桥电路52的状态的电路图。线圈电流IMB从DC链路总线38N经过晶体管M3、电磁制动器4的励磁线圈L及晶体管M2回流到DC链路总线38P，并且作为电荷而储存在DC链路电容器40中。若线圈电流IMB低于吸引保持电流，则电磁制动器4成为保持状态。
并且，若线圈电流IMB降低至零附近，则晶体管M1～M4全部断开，成为非励磁期间T34。
在第1制动动作中，在制动期间T23，线圈电流IMB不会回流到励磁线圈。
(第2制动动作)
图6是基于图3的驱动电路50A的第2制动动作的波形图。在第2制动动作中，在制动期间T23，第2晶体管对62进行开关动作。在第2晶体管对62的晶体管M2、M4断开的期间，线圈电流IMB流过与晶体管M2、M4并联的二极管。
根据该制动动作，能够根据第2晶体管对62的占空比(导通的时间比率)来调节在制动期间T23产生于励磁线圈两端之间的电压，因此能够调节线圈电流IMB的衰减速度。
(第3制动动作)
在图4的制动期间T23，也可以在将第1晶体管对60固定地设为断开的状态下，使第2晶体管对62的晶体管M2、M3中的一个晶体管固定地成为导通，使另一个晶体管进行开关动作。根据该制动动作，能够根据第2晶体管对62的占空比(导通的时间比率)来调节线圈电流IMB的衰减速度。
(第4制动动作)
在图4的制动期间T23，也可以使第1晶体管对60和第2晶体管对62以互补的方式进行开关动作。根据该制动动作，能够根据第1晶体管对60导通的期间与第2晶体管对62导通的期间的时间比率来调节线圈电流IMB的衰减速度。
(第5制动动作)
在图4的制动期间T23，也可以在将第2晶体管对62的一个晶体管M2固定地设为导通的状态下，使构成与包括该一个晶体管M2的支路相反一侧的支路的晶体管M1、M3以互补的方式进行开关动作。
在该制动动作中，在制动期间T23，(i)线圈电流IMB流过晶体管M3、励磁线圈L及晶体管M2的期间和(ii)线圈电流IMB流过包括晶体管M1、励磁线圈L及晶体管M2的上侧回路的期间交替重复。
根据该制动动作，能够根据构成相反侧支路的晶体管M1、M3(或M2、M4)的占空比调节线圈电流IMB的衰减速度。
也可以在将第2晶体管对62的一个晶体管M3固定地设为导通的状态下，使构成与包括该一个晶体管M3的支路相反一侧的支路的晶体管M2、M4以互补的方式进行开关动作。此时，在制动期间T23，(i)线圈电流IMB流过晶体管M3、励磁线圈L及晶体管M2的期间和(ii)线圈电流IMB流向包括晶体管M3、励磁线圈L及晶体管M4的下侧回路的期间交替重复。
以上，根据实施方式，对本发明进行了说明。本领域技术人员可以理解：该实施方式为例示，在这些各构成要件或各处理程序的组合中可以存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。以下，对这种变形例进行说明。
(第1变形例)
图7是第1变形例所涉及的驱动电路50B的电路图。驱动电路50B的全桥电路52B具备包括两个二极管D2、D3的二极管对64，从而代替图5的第2晶体管对62(M2、M3)。在制动期间T23，晶体管M1、M4被断开。驱动电路50B的动作与图4的第1制动动作相同。
(第2变形例)
图4的过励磁期间T01也可以省略。或者，在释放期间T12，也可以将晶体管M1、M4固定地设为导通(占空比100％)。
以上，根据实施方式并且使用具体的术语对本发明进行了说明，但实施方式仅示出了本发明的原理、应用的一个侧面，在不脱离权利要求书中所规定的本发明的主旨的范围内，在实施方式中可以存在多个变形例或进行配置的变更。
符号说明
1-电路，2-马达，4-电磁制动器，10-整流器，20-逆变器，30-正常制动电路，32、34-开关，36-半波整流器，38-DC链路总线，40-DC链路电容器，50-驱动电路，VDD、VSS-电源端子，OUT1、OUT2-输出端子，52-全桥电路，54-控制器，M1、M2、M3、M4-晶体管，60-第1晶体管对，62-第2晶体管对，64-二极管对，D1、D2-二极管。
产业上的可利用性
本发明能够应用于制动器控制中。

Claims (7)

1.一种驱动电路，其为使用于电路中的电磁制动器的驱动电路，所述电路具备：马达；转换器，将交流电压转换成直流电压并使其产生于一对DC链路总线之间；及逆变器，将所述直流电压转换成交流电压从而驱动所述马达，所述驱动电路的特征在于，
具备全桥电路，其具有：一对电源端子，连接于所述一对DC链路总线；及一对输出端子，与所述电磁制动器连接。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
所述全桥电路包括：
第1晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管；及
第2晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
所述全桥电路包括：
第1晶体管对，其包括对角设置的两个晶体管；及
二极管对，其包括对角设置的两个二极管。
4.根据权利要求2或3所述的驱动电路，其特征在于，
在所述电磁制动器的释放状态下，可以根据应施加于所述电磁制动器的驱动电压来调节所述第1晶体管对的开关占空比。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的驱动电路，其特征在于，
所述第1晶体管对在启动后的过励磁期间，(i)固定地设为导通，或者(ii)以比随后的释放期间的所述第1晶体管对的开关占空比更大的占空比进行开关动作。
6.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，
在制动期间，所述全桥电路的所述第2晶体管对固定地设为导通。
7.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，
在制动期间，所述全桥电路的所述第2晶体管对的两个晶体管中的至少一个晶体管进行开关动作。
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