CN111355227B - 用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于外骨骼机器人控制器技术领域，具体涉及一种用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路。该电路包括隔离分压电路、实时电压比较电路、震荡开关电路、泄放制动电路；本发明所述的电路全部采用模拟元器件进行搭建，具有线路简单、保护电压可调、可靠性高、稳定性好、可高度集成在主控系统中等优点。在外骨骼机器人系统中，由于可供安装电路板的位置有限，本发明所述的电路所用的元器件较少、占用电路板的空间较小，对于外骨骼系统的集成化设计有着重要的作用。

Description

用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路
技术领域
本发明属于外骨骼机器人控制器技术领域，具体涉及一种用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路。
背景技术
在外骨骼机器人系统中，驱动外骨骼进行工作的执行机构包括伺服电机、电机控制器及相关的电路，其中电机控制器的正常稳定工作对整个外骨骼系统起着至关重要的作用。电机控制器由锂电池提供母线电源。在外骨骼进行工作时，伺服电机会进行频繁的正反转切换，在这个过程中容易导致母线电压过冲，有可能超过电机控制器的额定母线电压的上限，电机控制器会发生过压报警，随即停止工作。因此对于外骨骼系统中电机控制器母线电压的保护和泄放尤为重要。现有的母线电压保护泄放电路大多采用单片机等控制芯片作为核心器件，其电路较为复杂、成本较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对外骨骼机器人系统在工作的过程中，对电机控制器的母线电压保护和泄放需要，如何提供一种结构简单、保护电压可调、占用面积小、成本低、效率高的电路。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，所述母线电压保护泄放电路包括：隔离分压电路10、实时电压比较电路20、震荡开关电路30、泄放制动电路40；其中，所述隔离分压电路10用于将母线电压分压到比较电压点附近，并用于通过调节分压电阻设置不同的电压保护点；
所述实时电压比较电路20用于在比较电压点处，将隔离分压电路10所输出的母线电压与设定的基准电压进行实时比较，当母线电压超过基准电压时，所述实时电压比较电路20输出高电平信号；
所述震荡开关电路30用于在接收到实时电压比较电路20输出的高电平信号时，将高电平信号转换为一设定频率的开关信号并输出；
所述泄放制动电路40用于在接收到震荡开关电路30的开关信号时，根据该开关信号的频率，对超出母线电压的电压值进行泄放制动。
其中，所述泄放制动电路40对超出母线电压的电压值部分进行泄放制动，其中，所述母线电压为隔离分压电路10分压前的母线电压。
其中，所述隔离分压电路10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；
所述第一电阻R1的一端连接母线电压，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端连接，第三电阻R3的另一端和第二电容C2的另一端连接GND。
其中，所述实时电压比较电路20包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第三电容C3、第一二极管D1和第一电压比较器U1；
所述第四电阻R4的一端与隔离分压电路10连接，第四电阻R4的另一端分别与第六电阻R6的一端和第一电压比较器U1的正向输入连接，第五电阻R5的一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极、第一电压比较器U1的负向输入端连接，第六电阻R6的另一端分别与第一电压比较器U1的输出端以及第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与震荡开关电路30连接，第五电阻R5的另一端以及第一电压比较器U1的第二脚、第三电容C3的一端均与12V连接，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第一电压比较器U1的第五脚、第三电容C3的另一端均与GND连接。
其中，所述震荡开关电路30包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2和第二电压比较器U2；
所述第八电阻R8的一端分别与第四电容C4的一端、第二电压比较器U2的负向输入端连接，第八电阻R8的另一端、第二二极管D2的正极均与泄放制动电路40连接，第九电阻R9的一端分别与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端、第二电压比较器U2的正向输入端连接，第十一电阻R11的另一端分别与第二二极管D2的负极、第二电压比较器U2的输出端连接，第九电阻R9的另一端、第二电压比较器U2的第二脚、第五电容C5的一端均与+12V连接，第四电容C4的另一端、第十电阻R10的另一端、第二电压比较器U2的第五脚、第五电容C5的另一端均与GND连接。
其中，所述泄放制动电路40包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第一场效应管Q1；
所述第十二电阻R12的一端与震荡开关电路30连接，第十二电阻R12的另一端与第一场效应管Q1的栅极连接，第十三电阻R13的一端与母线电压连接，第十三电阻R13的另一端与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与GND连接。
(三)有益效果
本发明针对外骨骼机器人系统中，电机控制器母线电压在系统工作的过程中所遇到的问题，提供了一种采用隔离分压电路、实时电压比较电路、震荡开关电路、泄放制动电路所搭建的母线电压保护泄放电路，具有以下显著优点：
(1)本发明电路简单、使用元器件少、占用空间小，相比以往的电路相比，有效较少了系统的占用空间，这对空间弥足珍贵的外骨骼机器人电机控制器而言非常难得。
(2)采用了高精度电阻、精密电源基准、低功耗电压比较器，整个电路具有安全、稳定、可靠、精度高等优点，并且具有保护电压可调的功能，有助于外骨骼机器人控制器进行批量化生产。
(3)本电路所使用的元器件都为模拟器件，成本较低，可有效降低整个系统的成本。
(4)整个电路可完全嵌入到主控电路板中或单独在驱动器外部安装，只需外接一直泄放电阻便可完成安装工作，对于系统的安装调试十分便利。
附图说明
图1是本发明的电路实施模块图。
图2是本发明的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，如图1所示，所述母线电压保护泄放电路包括：隔离分压电路10、实时电压比较电路20、震荡开关电路30、泄放制动电路40；其中，所述隔离分压电路10用于将母线电压分压到比较电压点附近，并用于通过调节分压电阻设置不同的电压保护点；
所述实时电压比较电路20用于在比较电压点处，将隔离分压电路10所输出的母线电压与设定的基准电压进行实时比较，当母线电压超过基准电压时，所述实时电压比较电路20输出高电平信号；
所述震荡开关电路30用于在接收到实时电压比较电路20输出的高电平信号时，将高电平信号转换为一设定频率的开关信号并输出；
所述泄放制动电路40用于在接收到震荡开关电路30的开关信号时，根据该开关信号的频率，对超出母线电压的电压值进行泄放制动。
其中，所述泄放制动电路40对超出母线电压的电压值部分进行泄放制动，其中，所述母线电压为隔离分压电路10分压前的母线电压。
其中，如图2所示，所述隔离分压电路10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；
所述第一电阻R1的一端连接母线电压，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端连接，第三电阻R3的另一端和第二电容C2的另一端连接GND。
其中，所述实时电压比较电路20包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第三电容C3、第一二极管D1和第一电压比较器U1；
所述第四电阻R4的一端与隔离分压电路10连接，第四电阻R4的另一端分别与第六电阻R6的一端和第一电压比较器U1的正向输入连接，第五电阻R5的一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极、第一电压比较器U1的负向输入端连接，第六电阻R6的另一端分别与第一电压比较器U1的输出端以及第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与震荡开关电路30连接，第五电阻R5的另一端以及第一电压比较器U1的第二脚、第三电容C3的一端均与12V连接，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第一电压比较器U1的第五脚、第三电容C3的另一端均与GND连接。
其中，所述震荡开关电路30包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2和第二电压比较器U2；
所述第八电阻R8的一端分别与第四电容C4的一端、第二电压比较器U2的负向输入端连接，第八电阻R8的另一端、第二二极管D2的正极均与泄放制动电路40连接，第九电阻R9的一端分别与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端、第二电压比较器U2的正向输入端连接，第十一电阻R11的另一端分别与第二二极管D2的负极、第二电压比较器U2的输出端连接，第九电阻R9的另一端、第二电压比较器U2的第二脚、第五电容C5的一端均与+12V连接，第四电容C4的另一端、第十电阻R10的另一端、第二电压比较器U2的第五脚、第五电容C5的另一端均与GND连接。
其中，所述泄放制动电路40包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第一场效应管Q1；
所述第十二电阻R12的一端与震荡开关电路30连接，第十二电阻R12的另一端与第一场效应管Q1的栅极连接，第十三电阻R13的一端与母线电压连接，第十三电阻R13的另一端与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与GND连接。
本发明所提供的用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，结构简单、保护电压可调、稳定性高、成本低，对于母线电压的保护以及电压的过冲泄放效果显著。
在上述实施例中，具体电路可以根据实际需求进行相应的更换，本申请的具体电路不代表本申请的技术方案的所有实施例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，其特征在于，所述母线电压保护泄放电路包括：隔离分压电路(10)、实时电压比较电路(20)、震荡开关电路(30)、泄放制动电路(40)；其中，所述隔离分压电路(10)用于将母线电压分压到比较电压点附近，并用于通过调节分压电阻设置不同的电压保护点；
所述实时电压比较电路(20)用于在比较电压点处，将隔离分压电路(10)所输出的母线电压与设定的基准电压进行实时比较，当母线电压超过基准电压时，所述实时电压比较电路(20)输出高电平信号；
所述震荡开关电路(30)用于在接收到实时电压比较电路(20)输出的高电平信号时，将高电平信号转换为一设定频率的开关信号并输出；
所述泄放制动电路(40)用于在接收到震荡开关电路(30)的开关信号时，根据该开关信号的频率，对超出母线电压的电压值进行泄放制动；
所述实时电压比较电路(20)包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第三电容C3、第一二极管D1和第一电压比较器U1；
所述第四电阻R4的一端与隔离分压电路(10)连接，第四电阻R4的另一端分别与第六电阻R6的一端和第一电压比较器U1的正向输入连接，第五电阻R5的一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极、第一电压比较器U1的负向输入端连接，第六电阻R6的另一端分别与第一电压比较器U1的输出端以及第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与震荡开关电路(30)连接，第五电阻R5的另一端以及第一电压比较器U1的第二脚、第三电容C3的一端均与12V连接，第一电容C1的另一端、第一二极管D1的正极、第一电压比较器U1的第五脚、第三电容C3的另一端均与GND连接。
2.如权利要求1所述的用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，其特征在于，所述泄放制动电路(40)对超出母线电压的电压值部分进行泄放制动，其中，所述母线电压为隔离分压电路(10)分压前的母线电压。
3.如权利要求1所述的用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，其特征在于，所述隔离分压电路(10)包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；
所述第一电阻R1的一端连接母线电压，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端连接，第三电阻R3的另一端和第二电容C2的另一端连接GND。
4.如权利要求1所述的用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，其特征在于，所述震荡开关电路(30)包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2和第二电压比较器U2；
所述第八电阻R8的一端分别与第四电容C4的一端、第二电压比较器U2的负向输入端连接，第八电阻R8的另一端、第二二极管D2的正极均与泄放制动电路(40)连接，第九电阻R9的一端分别与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端、第二电压比较器U2的正向输入端连接，第十一电阻R11的另一端分别与第二二极管D2的负极、第二电压比较器U2的输出端连接，第九电阻R9的另一端、第二电压比较器U2的第二脚、第五电容C5的一端均与+12V连接，第四电容C4的另一端、第十电阻R10的另一端、第二电压比较器U2的第五脚、第五电容C5的另一端均与GND连接。
5.如权利要求1所述的用于外骨骼机器人电机控制器的母线电压保护泄放电路，其特征在于，所述泄放制动电路(40)包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第一场效应管Q1；
所述第十二电阻R12的一端与震荡开关电路(30)连接，第十二电阻R12的另一端与第一场效应管Q1的栅极连接，第十三电阻R13的一端与母线电压连接，第十三电阻R13的另一端与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与GND连接。
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