CN111697683A - 具有断电保护功能的电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有断电保护功能的电源，其应用于机器人控制器并包括电源转换电路、控制器电源模块、网压检测模块以及储能模块。控制器电源模块连接于电源转换电路的输出端且为机器人控制器供电。网压检测模块连接于电源转换电路以检测电源转换电路的输入电压，当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时，具有断电保护功能的电源输出断电触发信号以触发机器人控制器进行断电存储。储能模块连接于控制器电源模块，在电源转换电路正常工作时储能模块储能；当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时储能模块输出能量以使控制器电源模块正常工作，控制器电源模块为机器人控制器供电以使其完成数据存储。

Description

具有断电保护功能的电源

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，且特别涉及一种具有断电保护功能的电源。

背景技术

目前，工业机器人在生产中已经得到广泛的应用，随着其应用范围的不断扩大人们对于工业机器人的各项性能的要求也越来越高，这种要求从机器人的智能化程度和控制精度等方面逐渐扩展到机器人数据存储的安全性上。

在机器人控制系统中，机器人的作业程序和控制的方法均是由机器人控制器中的操作系统来实现了。在机器人执行过程中，当机器人控制器的供电电源断开时，操作系统和机器人控制器程序发生非正常关闭，这及其容易造成操作系统内数据的损坏，机器人重启后将无法再继续执行当前的作业。为了解决这一问题，目前机器人厂商主要采用两种方式来实现断电保护。

第一种方法是在机器人控制器中采用高速的CMOS存储器来实现断电瞬间操作系统内数据的存储。但是由于CMOS存储器存储容量小，其只能存储部分重要的数据；此外，价格昂贵的CMOS存储器价格也大大增加了机器人控制器的成本。第二种方法是在电源模块中采用独立的备用电池，当机器人供电电源断电后，备用电池将继续为操作系统供电以使其能在供电电源断电后进行数据存储。然而，备用电池存在寿命短且易损坏等问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种在机器人控制器供电电源断电时为机器人控制器供电以使其能完成数据存储的具有断电保护功能的电源。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有断电保护功能的电源，其应用于机器人控制器并包括电源转换电路、控制器电源模块、网压检测模块以及储能模块。控制器电源模块连接于电源转换电路的输出端且为机器人控制器供电。网压检测模块连接于电源转换电路以检测电源转换电路的输入电压，当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时，具有断电保护功能的电源输出断电触发信号以触发机器人控制器进行断电存储。储能模块连接于控制器电源模块，在电源转换电路正常工作时储能模块储能；当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时储能模块输出能量以使控制器电源模块正常工作，控制器电源模块为机器人控制器供电以使其完成数据存储。

根据本发明的一实施例，储能模块包括连接于电源转换电路的正负母线之间的电容，电源转换电路正常供电时为电容充电；当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时电容释放能量至控制器电源模块以使其正常工作。

根据本发明的一实施例，具有断电保护功能的电源还包括连接于电源转换电路输出端且与控制器电源模块并联的支路电源模块，网压检测模块连接于支路电源模块，当网压检测模块检测到电源转换电路的输入电压低于设定阈值时触发支路电源模块内至少一路输出电源关闭输出；输出电源关闭输出的同时输出断电触发信号至控制器电源模块。

根据本发明的一实施例，支路电源模块内每一路输出电源上均具有一连接至控制器电源模块的继电器开关，当一输出电源关闭输出时与其对应的继电器开关将输出断电触发信号至控制器电源模块。

根据本发明的一实施例，支路电源模块内具有多路输出电源，网压检测模块与支路电源模块集成于一体。

根据本发明的一实施例，当网压检测模块检测到电源转换电路的输入电压低于设定阈值时，网压检测模块输出断电触发信号至控制器电源模块，控制器电源模块基于断电触发信号触发机器人控制器进行断电存储。

根据本发明的一实施例，具有断电保护功能的电源还包括连接于电源转换电路输出端且与控制器电源模块并联的支路电源模块，电源转换电路和支路电源模块间具有一控制开关，网压检测模块输出断电触发信号的同时断开控制开关。

根据本发明的一实施例，控制开关的输出连接至控制器电源模块，网压检测模块断开控制开关的同时控制开关输出断电触发信号至控制器电源模块。

根据本发明的一实施例，电源转换电路的输入侧具有一接通或断开市电输入的输入侧开关，当输入侧开关被关断时输入侧开关输出断电触发信号至控制器电源模块；或直接输出断电触发信号至机器人控制器。

根据本发明的一实施例，具有断电保护功能的电源还包括跨接于控制器电源模块的输出端的输出电容，所述输出电容在电源转换电路正常工作时储能，当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时所述输出电容放电，释放的能量与储能模块的输出能量相叠加后输出至机器人控制器。

综上所述，本发明提供的具有断电保护功能的电源为机器人控制器供电，储能模块连接于电源转换电路，在电源转换电路正常工作时，储能模块存储能量。当网压检测模块检测到电源转换电路输入电压处于断电状态具有断电保护功能的电源输出以断电触发信号到机器人控制器，机器人控制器在该断电触发信号的触发下开始保存操作系统的当前数据。于此同时，储能模块释放能量至控制器电源模块，控制器电源模块持续为机器人控制器供电以使机器人控制器内的操作系统完成数据的存储，从而实现数据的断电保护。本发明中储能模块能不断地进行储能和释放，其不仅使用寿命长且储能稳定，稳定的能量存储可为机器人控制器提供足够的且稳定的数据存储时间，从而实现断电情况下所有数据的存储。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明实施例一提供的具有断电保护功能的电源的电路原理图。

图2所示为本发明另一实施例提供的具有断电保护功能的电源的电路原理图。

图3所示为本发明实施例二提供的具有断电保护功能的电源的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供的为机器人控制器20供电的具有断电保护功能的电源10包括电源转换电路1、控制器电源模块2、网压检测模块3以及储能模块4。控制器电源模块2连接于电源转换电路1的输出端且为机器人控制器20供电。网压检测模块3连接于电源转换电路1以检测电源转换电路1的输入电压，当电源转换电路1的输入电压低于设定阈值时，具有断电保护功能的电源10输出断电触发信号S以触发机器人控制器20进行断电存储。储能模块4连接于控制器电源模块2，在电源转换电路1正常工作时储能；当电源转换电路1的输入电压低于设定阈值时储能模块4输出能量以维持控制器电源模块2正常工作，控制器电源模块2为机器人控制器20供电以使其完成数据存储。

本实施例提供的具有断电保护功能的电源中储能模块4连接于电源转换电路1，在正常工作时，储能模块4从电源转换电路1上取电并进行存储。而当电源转换电路1出现断电而无法为控制器电源模块2供电时，储能模块4释放能量至控制器电源模块2以使控制器电源模块2持续工作一段时间。在该段时间内，机器人控制器20基于断电触发信号S对操作系统内的数据进行存储，从而实现数据的断电保护，确保机器人控制器20在断电情况下的数据安全。然而，本发明对储能模块的连接方式不作任何限定。于其它实施例中，储能模块也可独立于电源转换电路而直接连接于市电或者其它供电装置(如变压器等)，从而实现放电后的储能。

在现有的备用电池供电方案中，电池不仅使用寿命短，而且由于电池存储的能量会随着使用时间而衰减，故其无法为机器人控制器提供固定的存储时间。使用一段时间后，会出现数据存储不完整的问题。譬如，在初始时电池的能量可为机器人控制器提供30秒的存储时间；而随着使用时间的加长，电池所能提供的时间将越来越短，机器人控制器将不再具有足够的时间来存储数据。而对于操作人员而言，一般是在出现数据存储故障后才会去更换电池，使用安全性低且频繁更换电池也非常地不方便。

于本实施例中，在电源转换电路1正常工作时储能模块4可存储能量且每次存储的能量都是恒定的。循环的储能使得储能模块4具有很长的使用寿命，而存储能量的恒定则使得储能模块4可一直为机器人控制器提供固定的断电存储时间以确保其实现数据的完整存储，断电保护具有非常好的稳定性。此外，储能模块4放电为机器人控制器20内的操作系统提供了数据存储的时间，故机器人控制器的存储介质可采用普通的且大容量SSD固态硬盘，而无需再采用价格昂贵且存储量小的CMOS存储器，大大简化了系统且节约了成本。

于本实施例中，网压检测模块3通过实时检测电源转换电路1的输入电压实现断电触发信号S的输出。该设置不仅在电源转换电路1输入端断电状态下输出断电触发信号S，而且当输入电压不稳定时也会输出断电触发信号S以触发机器人控制器进行数据存储，确保断电或输入电压不稳定时机器人控制器数据存储的安全性。

于本实施例中，如图1所示，储能模块4包括连接于电源转换电路1正负母线之间的电容C1，电源转换电路1正常供电时输入电压通过正负母线为电容C1充电，充电后的电容C1两端电压为U1。当电源转换电路1的输入电压低于设定阈值时电容C1释放能量至控制器电源模块2。电容C1储存的能量将继续维持控制器电源模块2正常工作，直至电容C1储存的能量不足以维持控制器电源模块2正常运行，控制器电源模块2停止工作。电容C1的容量大小决定了断电触发信号S触发后机器人控制器用于保存数据并进行正常关机的工作时间。优选的，于本实施例中，设置电容C1的容量可为机器人控制器提供30秒的数据存储时间。然而，本发明对储能模块的结构不作任何限定。于其它实施例中，储能模块也可采用电感等其它储能元件来实现。

如图1所示，于本实施例中，具有断电保护功能的电源还包括跨接于控制器电源模块的输出端的输出电容C2，输出电容C2在电源转换电路1正常工作时储能，当电源转换电路1的输入电压低于设定阈值时输出电容C2放电，释放的能量与电容C1输出能量相叠加后输出至机器人控制器20。在断电时，输出电容C2对电容C1的补充叠加使得连接在电源转换电路1上的电容C1的容量可以设置得较小，从而减小电容C1的体积，进而实现电源转换电路1的小型化。然而，本发明对此不作任何限定。

如图1所示，电源转换电路1通过输入侧开关K连接于市电，输入端输入的是交流市电，电容C1两端的电压U1与输入的交流电压的峰值相关(U1＝Uin*1.414，而其中Uin为输入交流电压的有效值)。故设置网压检测模块3连接于电源转换电路1的正负母线之间且位于电容C1的输出侧，网压检测模块3通过检测电容C1两端的电压U1来判断输入电压值。具体而言，当电源转换电路1输入端的的交流电压有效值低于180V时，即电容C1两端的电压U1低于180×1.414＝254V时，网压检测模块3输出断电触发信号S。然而，本发明对此不不作任何限定。于其它实施例中，网压检测模块也可连接于电容的输入侧以直接检测电源转换电路的输入电压。

如图1所示，具有断电保护功能的电源还包括连接于电源转换电路1输出端且与控制器电源模块2并联的支路电源模块5，网压检测模块3连接于支路电源模块5。支路电源模块5内包含四路输出电源，分别为：为伺服驱动器30供电的第一输出电源51、为示教器40供电的第二输出电源52、为安全单元50供电的第三输出电源53以及为输入输出单元60供电的第四输出电源54。当网压检测模块3检测到电源转换电路1的输入电压低于设定阈值时触发支路电源模块5内四路输出电源均关闭输出，四路输出电源关闭的同时产生断电触发信号S。该设置集输出电源关闭和断电触发信号S输出于一体，大大简化了电路的结构。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施中，如图2所示，网压检测模块也可直接输出断电触发信号S至控制器电源模块。

于本实施例中，第一输出电源51的输出为24V/10A；第二输出电源52的输出为12V/3A；第三输出电源53的输出为12V/1A；第四输出电源54的输出为12V/1A；控制器电源模块2输出24V/3A。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，支路电源模块5上具有一继电器开关55，四路输出电源中全部或任意一路关闭输出均会触发继电器开关55，继电器开关55输出高低电平形式的断电触发信号S至控制器电源模块2。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，断电触发信号S也可以为模拟信号。

于本实施例中，支路电源模块5内的四路输出电源和控制器电源模块2的电路均基于分立式开关电源PWM控制芯片设计，如UC3845等系列及NCP1203等系列。网压检测模块3则包括电压比较器和一可控硅，电压比较器的一端输入设定阈值电压，而另一端则连接至电容C1的两端，用于获取电容C1两端的电压U1。电压比较器的输出连接至可控硅，通过控制可控硅的导通或关断以输出信号至PWM控制芯片以任意一路输出电源的关闭。然而，本发明对支路电源模块、控制器电源模块以及网压检测模块的具体电路结构不作任何限定。于其它实施例中，支路电源模块内的四路输出电源和控制器电源模块的电路原理设计也可基于集成式开关电源芯片设计，如PI公司的TOP系列、LCS系列、LNK系列等芯片；而网压检测模块也可基于集成式开关电源芯片进行设计，从而与支路电源模块集成于一体。

于本实施例中，支路电源模块5通过控制器电源模块2输出断电触发信号S至机器人控制器20，该设置简化了具有断电保护功能的电源10和机器人控制20之间的连接接口。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，支路电源模块或者是网压检测模块也可直接输出断电触发信号S至机器人控制器。

实施例二

本实施例与实施例一及其变化基本相同，区别在于：如图3所示，网压检测模块3独立于支路电源模块5。电源转换电路1和支路电源模块2间具有一控制开关6，网压检测模块3输出断电触发信号S的同时断开控制开关6。

在电源转换电路1的输入电压正常时，控制开关6处于闭合状态，电源转换电路1向支路电源模块5和控制器电源模块2供电，电路处于正常工作；于此同时，电源转换电路1的输入电压对电容C1进行充电。而当电源转换电路1输入侧开关K突然被打开或者输入电压不稳定使得输入电压小于网压检测模块3的设定阈值时，网压检测模块3输出信号至控制开关6以使控制开关6断开。

于本实施例中，网压检测模块3通过控制开关6输出断电触发信号S。具体而言，控制开关6的输出连接至控制器电源模块2，网压检测模块3断开控制开关6的同时控制开关6输出断电触发信号S至控制器电源模块2。控制开关6为继电器开关。然而，本发明对此不做任何限定。于其它实施例中，网压检测模块也可直接输出断电触发信号S至控制器电源模块。或者，也可由支路电源模块输出断电触发信号S；具体而言，控制开关切断了电源转换电路和支路电源模块的通路，支路电源模块内的输出电源关闭输出；如实施例一中所述支路电源模块上连接有继电器，任意一路输出电源关闭，继电器输出断电触发信号S至控制器电源模块。

对于网压检测模块，同实施例一相同的，其也可以才采用比较器和可控硅(或者是光耦等器件)来构成，本发明对此不作任何限定。

综上所述，本发明提供的具有断电保护功能的电源为机器人控制器供电，储能模块连接于电源转换电路，在电源转换电路正常工作时，储能模块存储能量。当网压检测模块检测到电源转换电路输入电压处于断电状态具有断电保护功能的电源输出以断电触发信号S到机器人控制器，机器人控制器在该断电触发信号S的触发下开始保存操作系统的当前数据。于此同时，储能模块释放能量至控制器电源模块，控制器电源模块持续为机器人控制器供电以使机器人控制器内的操作系统完成数据的存储，从而实现数据的断电保护。本发明中储能模块能不断地进行储能和释放，其不仅使用寿命长且储能稳定，稳定的能量存储可为机器人控制器提供足够的且稳定的数据存储时间，从而实现断电情况下所有数据的存储。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有断电保护功能的电源，其特征在于，应用于机器人控制器，其包括：

电源转换电路；

控制器电源模块，连接于电源转换电路的输出端且为机器人控制器供电；

网压检测模块，连接于电源转换电路以检测电源转换电路的输入电压，当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时，具有断电保护功能的电源输出断电触发信号以触发机器人控制器进行断电存储；

储能模块，连接于控制器电源模块，在电源转换电路正常工作时储能模块储能；当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时储能模块输出能量以使控制器电源模块正常工作，控制器电源模块为机器人控制器供电以使其完成数据存储。

2.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，所述储能模块包括连接于电源转换电路的正负母线之间的电容，电源转换电路正常供电时为电容充电；当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时电容释放能量至控制器电源模块以使其正常工作。

3.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，具有断电保护功能的电源还包括连接于电源转换电路输出端且与控制器电源模块并联的支路电源模块，网压检测模块连接于支路电源模块，当网压检测模块检测到电源转换电路的输入电压低于设定阈值时触发支路电源模块内至少一路输出电源关闭输出；输出电源关闭输出的同时输出断电触发信号至控制器电源模块。

4.根据权利要求3所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，支路电源模块内每一路输出电源上均具有一连接至控制器电源模块的继电器开关，当一输出电源关闭输出时与其对应的继电器开关将输出断电触发信号至控制器电源模块。

5.根据权利要求3所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，支路电源模块内具有多路输出电源，网压检测模块与支路电源模块集成于一体。

6.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，当网压检测模块检测到电源转换电路的输入电压低于设定阈值时，网压检测模块输出断电触发信号至控制器电源模块，控制器电源模块基于断电触发信号触发机器人控制器进行断电存储。

7.根据权利要求6所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，具有断电保护功能的电源还包括连接于电源转换电路输出端且与控制器电源模块并联的支路电源模块，电源转换电路和支路电源模块间具有一控制开关，网压检测模块输出断电触发信号的同时断开控制开关。

8.根据权利要求7所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，控制开关的输出连接至控制器电源模块，网压检测模块断开控制开关的同时控制开关输出断电触发信号至控制器电源模块。

9.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，电源转换电路的输入侧具有一接通或断开市电输入的输入侧开关，当输入侧开关被关断时输入侧开关输出断电触发信号至控制器电源模块；或直接输出断电触发信号至机器人控制器。

10.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的电源，其特征在于，具有断电保护功能的电源还包括跨接于控制器电源模块的输出端的输出电容，所述输出电容在电源转换电路正常工作时储能，当电源转换电路的输入电压低于设定阈值时所述输出电容放电，释放的能量与储能模块的输出能量相叠加后输出至机器人控制器。

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