CN112103922B - 一种电源保护装置、方法和驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源保护装置、方法和驱动器，该装置包括：检测单元，被配置为在设备的母线电容的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备的母线电容的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成能够接通所述保护单元的第一保护信号，以接通所述保护单元；保护单元，被配置为根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源，以中断所述设备的母线电容在充电阶段的继续充电。本发明的方案，在一些实施方式中解决当驱动器的输入电源误接高电压供电电源时会损坏器件的问题，达到对驱动器的输入电源进行过压检测及保护以避免损坏器件的效果。

Description

一种电源保护装置、方法和驱动器
技术领域
本发明属于电源保护技术领域，具体涉及一种电源保护装置、方法和驱动器，尤其涉及一种输入电源过压检测及保护电路、方法和驱动器。
背景技术
伺服驱动器的主电路拓扑中，一般电路结构为整流器件、电容滤波储能电路、后级一般为变频逆变等电路。当驱动器的输入电源误接与自身不匹配的高电压供电电源时，会导致整流器件、以及电容滤波储能电路等器件损坏。
上述内容仅用在辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电源保护装置、方法和驱动器，以解决当驱动器的输入电源误接高电压供电电源时会损坏器件的问题，达到对驱动器的输入电源进行过压检测及保护以避免损坏器件的效果。
本发明提供一种电源保护装置，包括：检测单元和保护单元；其中，所述检测单元，被配置为在设备的母线电容的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备的母线电容的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成能够接通所述保护单元的第一保护信号；所述保护单元，被配置为根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源，以中断所述设备的母线电容在充电阶段的继续充电。
在一些实施方式中，所述保护单元，包括：光耦模块和第一开关模块；其中，所述光耦模块，被配置为对所述第一保护信号进行信号隔离，得到第二保护信号；所述第一开关模块，被配置为根据所述第二保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源。
在一些实施方式中，所述第一开关模块包括继电器模块；所述继电器模块的常闭触点设置在所述设备的输入电源与所述设备的整流桥之间；所述继电器模块的线圈的第一端接直流电源，所述继电器模块的线圈的第二端连接至所述光耦模块的集电极。
在一些实施方式中，还包括：控制单元；所述控制单元，被配置为在设备的母线电容在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
在一些实施方式中，所述检测单元，还被配置为在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路。
在一些实施方式中，所述检测单元，包括：第二开关模块、分压模块和触发模块；其中，所述第二开关模块，被配置为控制所述检测单元与所述设备的供电电路之间的连通或断开；所述分压模块，被配置为在设备的母线电容的充电阶段，分压采样所述设备的母线电容的母线电压；所述触发模块，被配置为在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下进行导通，以生成能够接通所述保护单元的第一保护信号。
在一些实施方式中，所述第二开关模块包括常闭开关，所述分压模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述触发模块包括二极管模块；其中，所述常闭开关、所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，与所述设备的母线电容的母线电压输出端形成回路；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端作为分压端，连接至所述二极管模块的阴极；所述二极管模块的阳极连接至所述保护单元。
在一些实施方式中，还包括：缓冲单元；所述缓冲单元，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
在一些实施方式中，所述缓冲单元，包括：第三开关模块和缓冲电阻；所述第三开关模块为常开开关。
在一些实施方式中，在所述检测单元包括常闭开关的情况下，所述缓冲单元中的常开开关、以及所述检测单元中的常闭开关能够选用单刀双掷开关。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种驱动器，包括：以上所述的电源保护。
与上述驱动器相匹配，本发明再一方面提供一种电源保护方法，包括：通过检测单元，在设备的母线电容的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备的母线电容的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成能够接通所述保护单元的第一保护信号；通过保护单元，根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源，以中断所述设备的母线电容在充电阶段的继续充电。
在一些实施方式中，还包括：在设备的母线电容在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
在一些实施方式中，还包括：通过检测单元，还在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路。
在一些实施方式中，还包括：通过缓冲单元，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
由此，本发明的方案，通过在驱动器的输入电源与后级输出负载之间增加过压检测及保护电路，当使用低电源供电的设备接入错误过压供电电源时，在母线储能滤波电容C充电阶段切断电路供电，解决当驱动器的输入电源误接高电压供电电源时会损坏器件的问题，达到对驱动器的输入电源进行过压检测及保护以避免损坏器件的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电源保护装置的一实施例的结构示意图；
图2为伺服驱动器的主电路的一实施例的结构示意图；
图3为输入电源过压检测及保护电路的一实施例的结构示意图；
图4为输入电源过压检测及保护电路的另一实施例的结构示意图；
图5为输入电源过压检测及保护电路的再一实施例的结构示意图；
图6为本发明的电源保护方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种电源保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电源保护装置在一些实施方式中应用在设备如伺服驱动器等驱动器的输入电源的检测与保护方面，所述设备如驱动器的输入电源的检测与保护装置，在一些实施方式中包括：检测单元和保护单元。检测单元在一些实施方式中是检测电路，保护单元在一些实施方式中由保护电路和保护控制电路构成。
具体地，所述检测单元，设置在所述驱动器的母线储能滤波电容C处，在一些实施方式中被配置为在所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成在一些实施方式中被配置为接通所述保护单元的第一保护信号，并发送至所述保护单元，以接通所述保护单元。例如：检测电路在上电后母线储能滤波电容C充电时间内为工作状态，在一些实施方式中被配置为检测电压。也就是说，检测电路，主要作用为上电阶段检测母线上升电压，在母线电压超过额定电压时，将保护电路接入。
具体地，所述保护单元，设置在所述设备(如驱动器)的输入电源与整流桥之间，在一些实施方式中被配置为根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，从而进行动作以断开所述设备(如驱动器)的输入电源，即将所述设备(如驱动器)从电网中切出，以中断所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)在充电阶段的继续充电。例如：保护单元(如电源保护电路S2)在检测电路检测到母线电压超过额定电压后接入，使用常闭继电器，在接入后动作，继电器常闭触电弹开，将设备从电网中切出。
由此，通过检测单元和保护单元，在一些实施方式中实现对供电电源电压的检测，在供电电压过高与设备额定输入电压不匹配时，切断供电以防止整流器件及母线储能滤波电容C损坏，从而实现对电路及设备的保护。
在一些可选例子中，所述保护单元，在一些实施方式中包括：光耦模块和第一开关模块。所述第一开关模块设置在所述设备的输入电源与所述设备的整流桥之间，所述光耦模块设置在所述第一开关模块与所述检测单元之间。其中，
具体地，所述光耦模块，在一些实施方式中被配置为对所述第一保护信号进行信号隔离，得到第二保护信号。
具体地，所述第一开关模块，在一些实施方式中被配置为根据所述第二保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备(如驱动器)的输入电源，以将所述设备(如驱动器)从电网中切出，以中断所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)在充电阶段的继续充电。
由此，通过检测电路、光耦模块和第一开关模块，在一些实施方式中实现对电源供电端的检测，在接入错误的高压供电电源时，在电容充电阶段便快速切断供电以保护设备，增加产品的可靠性和异常操作应对能力。
在一些更可选例子中，所述第一开关模块在一些实施方式中包括继电器模块。所述继电器模块的常闭触点设置在所述设备的输入电源与所述设备的整流桥之间。所述继电器模块的线圈的第一端接直流电源，所述继电器模块的线圈的第二端连接至所述光耦模块的集电极。
例如：继电器RLY与光耦U1构成保护单元，继电器RLY的三个常闭触点分别三相交流电源接线端子R、S、T所对应的三相。其中，由于后级电路(如变频电路)与保护单元不共地，引入光耦电路(即光耦U1)在一些实施方式中被配置为转换。继电器电路(即继电器RLY)需提供一路外部供电VC。需要说明的是，整流器件前级输入无论是三相还是单相，该输入电源过压检测及保护单元均能实现功能，只需更换为单个常闭触点继电器即可。
由此，通过继电器模块与光耦模块构成保护单元，结构简单，且在一些实施方式中在木点电压超过额定母线电压后可靠切断设备与电网的连接，对设备进行保护。
在一些可选实施方式中，在一些实施方式中还包括：控制单元。所述控制单元，在一些实施方式中是单独设置的控制单元，在一些实施方式中是所述设备的供电电路的后级电路中的CPU芯片。
其中，所述控制单元，在一些实施方式中被配置为在所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备(如驱动器)正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路之间的连通通路，即断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
由此，在母线储能滤波电容C充电完成，设备正常工作期间处于切断状态，可减少检测电路内的电阻损耗。例如：检测单元如检测电路的附加作用为在设备正常工作后，可使用CPU控制常闭开关，将检测电路切出，减少损耗。
在一些可选实施方式中，还包括：在设备断电后对设备进行保护的过程，即所述检测单元，还被配置为在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路。例如：在检测单元在一些实施方式中包括第二开关Q2、第二电阻R2和第三电阻R3的情况下，在设备断电时，第二开关Q2恢复常闭，第二电阻R2与第三电阻R3接入起到为母线储能滤波电容C快速放电的作用，以防止在断电后母线储能滤波电容C内残留的电压对操作人员产生危险。
其中，所述设备的输入电源断电的情况，在一些实施方式中包括：所述设备的输入电源被正常关断的第一情况，所述设备的输入电源突然掉电的第二情况，所述设备的输入电源被保护单元断开的第三情况，等等。所述设备的输入电源被保护单元断开的第三情况，是所述保护单元断开所述设备(如驱动器)的输入电源的情况，即所述保护单元将所述设备(如驱动器)从电网中切出的情况。
由此，在设备断电后，检测单元如检测电路开关恢复常闭并重新接入，起到为母线储能滤波电容C放电的作用，使设备内的残留电压快速消耗掉，防止出现触电事故。
在一些可选例子中，所述检测单元，包括：第二开关模块、分压模块和触发模块。所述第二开关模块和所述分压模块，与所述设备的母线电容的母线电压输出端形成回路。所述分压模块的分压端经所述触发模块后连接至所述保护单元，具体是连接至所述保护单元中光耦模块的阴极。
具体地，所述第二开关模块，在一些实施方式中被配置为控制所述检测单元与所述设备的供电电路之间的连通或断开。
具体地，所述分压模块，在一些实施方式中被配置为在所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的充电阶段，分压采样所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的母线电压。
具体地，所述触发模块，在一些实施方式中被配置为在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下进行导通，以生成在一些实施方式中被配置为接通所述保护单元的第一保护信号。
由此，通过第二开关模块、分压模块和触发模块形成检测单元，在一些实施方式中实现对电源供电端的检测，以在接入错误的高压供电电源时，在电容充电阶段便快速切断供电以保护设备。
在一些更可选例子中，所述第二开关模块在一些实施方式中包括常闭开关(如第二开关Q2)，所述分压模块在一些实施方式中包括第一分压电阻(如第二电阻R2)和第二分压电阻(如第三电阻R3)，所述触发模块在一些实施方式中包括二极管模块(如稳压二极管D1)。
其中，所述常闭开关、所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，与所述设备的母线电容的母线电压输出端形成回路。其中，检测电路使用常闭开关，在设备接入后便进入工作状态，无延迟且不受精度影响。所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端作为分压端，连接至所述二极管模块的阴极。所述二极管模块的阳极连接至所述保护单元，具体是连接至所述保护单元中光耦模块的阴极。其中，对于二极管模块，如稳压二极管D1，在一些实施方式中根据稳压二极管D1击穿时刻电压U0*R3/(R2+R3)＝UD，选用合适的稳压二极管D1，确定稳压二极管D1的额定击穿电压后，即可选用分压电阻即第二电阻R2、第三电阻R3的规格。
例如：第二开关Q2、第二电阻R2及第三电阻R3、稳压二极管D1构成电源检测及保护控制电路，第二开关Q2为常闭器件，在母线储能滤波电容C充电结束，电路正常工作状态下，由CPU芯片控制关断以减小损耗；第二电阻R2与第三电阻R3起到分压作用，在正常工作状态下，第二电阻R2与第三电阻R3分压后，第三电阻R3两端电压低于稳压二极管D1的击穿电压，稳压二极管D1不导通。当接入的输入电源过压，即第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)上升至大于UD时(UD为稳压二极管D1的额定击穿电压)，稳压二极管D1被击穿，保护单元接入，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。
例如：在三相交流电源接线端子R、S、T接入220V输入电源时，通过继电器RLY的三个常闭触点进入整流桥DB整流，此时第一开关Q1处于关断状态，电流流经缓冲电阻(即第一电阻R1)，进入母线储能滤波电容C开始充电。母线储能滤波电容C开始充电时，第二开关Q2常闭，分压第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)逐渐上升，直至母线储能滤波电容C充电结束，设备正常工作，即第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)<UD，未达到稳压二极管D1的击穿电压，稳压二极管D1不导通，继电器RLY不动作。在母线储能滤波电容C充电结束、设备正常工作后，经延时一段时间后，CPU控制第一开关Q1闭合，第二开关Q2关断，第一电阻R1短路，第二电阻R2、第三电阻R3断路，检测电路切出，在一些实施方式中避免母线电压需要通过电源检测及保护电路而产生损坏，即减小了能耗。
在一些可选实施方式中，还在一些实施方式中包括：缓冲单元。所述缓冲单元，设置在所述设备的供电电路的整流桥与母线电容之间，在一些实施方式中被配置为在设备的母线电容的充电阶段，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
例如：缓冲电路，在一些实施方式中被配置为减缓母线电压上升时间，以免充电过快产生尖峰电压损坏元器件等负面影响。
在一些进一步可选实施方式中，所述缓冲单元，在一些实施方式中包括：第三开关模块和缓冲电阻(如第一电阻R1)。所述第三开关模块为常开开关(如第一开关Q1)。
例如：在缓冲单元、检测单元和保护单元共同工作的情况下，应适当加大缓冲电阻即第一电阻R1的阻值，延长母线储能滤波电容C充电时间，以提供给检测及保护单元充足的动作时间，以免母线储能滤波电容C电压上升过快，保护单元动作不及时损坏电路。
例如：通过电源检测及保护电路实现对母线储能滤波电容C的充放电控制。而在母线储能滤波电容C的充电阶段，在R、S、T误接入380V供电时，缓冲电阻即第一电阻R1选用较大阻值，母线储能滤波电容C电压上升较缓慢，当分压电阻中第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)上升到大于稳压二极管D1的额定击穿电压值UD时，稳压二极管D1被击穿，保护单元接入，继电器RLY中的电感(即继电器RLY的绕组)开始充电，使继电器RLY的常闭触电断开，从而切断输入电源，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。
其中，在所述检测单元在一些实施方式中包括常闭开关的情况下，所述缓冲单元中的常开开关、以及所述检测单元中的常闭开关能够选用单刀双掷开关。
例如：第一开关Q1为常开器件，目前在一些实施方式中被配置为缓冲电阻的接入及切出，由后级电路内的CPU控制，本发明的方案中使用的第二开关Q2为常闭器件，可直接使用原有的CPU芯片控制，无需外加控制电路，因此在一些实施方式中选取单刀双掷开关对第一开关Q1、第二开关Q2进行替换。第二开关Q2为常闭器件，在上电时刻起保护单元便已进入工作状态，优于使用芯片控制电路检测电压的方案。
由此，缓冲电路中使用的常开开关可与检测电路的常闭开关整合，使用单刀双掷开关，减少元器件使用数量。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过增加过压检测及保护电路，在低电压电源供电设备误接高压输入时，在母线储能滤波电容C充电阶段便可切断电源，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电源保护装置的一种驱动器。该驱动器在一些实施方式中包括：以上所述的电源保护。
图2为伺服驱动器的主电路的一实施例的结构示意图。如图2所示，伺服驱动器的一个主电路，在一些实施方式中包括：整流桥、开关Q、电阻R、电容C和变频电路。整流桥的输入端接三相交流电源接线端子R、S、T，整流桥输出端的第一端子经开关Q后连接至变频电路的输入端的第一端子，电阻R与开关Q并联，整流桥输出端的第二端子连接至变频电路的输入端的第二端子。电容C与变频电路的输入端的第一端子和变频器的输入端的第二端子并联。
在图2所示的伺服驱动器的主电路拓扑中，一般电路结构为整流器件(如整流桥)、电容滤波储能电路(如电容C)、后级一般为变频逆变等电路(如变频电路)，具体工作原理为：整流桥的输入端接三相交流电源接线端子R、S、T，即整流桥的输入端接入三相电源后，进入整流桥整流输送给后级电路。其中，开关Q为常开器件，电阻R起到缓冲作用，使母线储能滤波电容C电压为缓慢上升的充电状态，防止浪涌电流损坏母线储能滤波电容C，在母线储能滤波电容C(即母线储能滤波电容C)电压上升至正常工作值后，CPU芯片控制开关Q闭合，电阻R被短路不再工作。
具体地，常用的工业用电输入电源有220V及380V两种，220V电压经整流后为311V左右，380V电压经整流后为537V左右，由于使用220V输入电源供电的驱动器中选用的母线母线储能滤波电容C耐压值较低，一般在400V左右，而使用380V输入电源的驱动器使用的母线储能滤波电容C耐压值一般在800V左右。当220V电源输入的驱动器在误接380V高电压供电电源时，会导致整流桥及母线储能滤波电容C等器件损坏，严重时可能导致电容爆炸等后果，损坏设备。
在一些可选实施方式中，本发明的方案，提供一种输入电源过压检测及保护电路，在一些实施方式中实现对供电电源电压的检测，在供电电压过高与设备额定输入电压不匹配时，切断供电以防止整流器件及母线储能滤波电容C损坏，从而实现对电路及设备的保护。
具体地，本发明的方案，在一些实施方式中通过增加过压检测及保护电路，当使用低电压电源供电的设备(如使用220V电源供电的设备)接入错误过压供电电源时，在母线储能滤波电容C充电阶段切断电路供电，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。
在一些可选例子中，本发明的方案，通过增加简单的检测及保护电路，在低电压电源供电设备误接高压输入时，在母线储能滤波电容C充电阶段便可切断电源，保护整流器件及母线储能滤波电容C不被损坏；在断电阶段，检测电路可被配置为为母线储能滤波电容C放电，快速降低电容电压，减小安全隐患。
在一些可选具体实施方式中，在一些实施方式中结合图3至图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
在一些可选具体例子中，图3为输入电源过压检测及保护电路的一实施例的结构示意图。如图3所示的输入电源过压检测及保护电路，在一些实施方式中包括：依次连接在三相输入电源与后级输出负载之间的保护电路、整流电路和缓冲电路，以及连接在缓冲电路的输出端与保护电路的反馈端之间的检测电路和保护控制电路。通过简单的硬件电路(如检测电路和保护电路)，在一些实施方式中实现对电源供电端的检测，在接入错误的高压供电电源时，在电容充电阶段便快速切断供电以保护设备，增加产品的可靠性和异常操作应对能力。
在一些实施方式中，三相输入电源、整流电路、缓冲电路、后级输出负载在一些实施方式中选用图2所示的例子所使用的电路。缓冲电路，被配置为减缓母线电压上升时间，以免充电过快产生尖峰电压损坏元器件等负面影响。
在一些实施方式中，检测电路，主要作用为上电阶段检测母线上升电压，在母线电压超过额定电压时，将保护电路接入；检测电路的附加作用为在设备正常工作后，可使用CPU控制常闭开关，将检测电路切出，减少损耗。
其中，检测电路使用常闭开关，在设备接入后便进入工作状态，无延迟且不受精度影响。在一些实施方式中，缓冲电路中使用的常开开关可与检测电路的常闭开关整合，使用单刀双掷开关，减少元器件使用数量。
在一些可选具体例子中，图4为输入电源过压检测及保护电路的另一实施例的结构示意图。如图4所示，整流桥在一些实施方式中是三相整流桥DB，三相整流桥B输出为整流后母线电压值U0。电压检测电路(如电源检测电路S1)的输入端连接至母线储能滤波电容C与变频电路之间。缓冲电路在一些实施方式中包括第一开关Q1和母线储能滤波电容C充电缓冲电阻R。
在图4所示的例子中，保护电路和保护控制电路构成保护单元，连接在三相交流电源接线端子R、S、T与电压检测电路的输出端之间。保护单元(如电源保护电路S2)在检测电路检测到母线电压超过额定电压后接入，使用常闭继电器，在接入后动作，继电器常闭触电弹开，将设备从电网中切出。检测电路在上电后母线储能滤波电容C充电时间内为工作状态，被配置为检测电压；在母线储能滤波电容C充电完成，设备正常工作期间处于切断状态，可减少检测电路内的电阻损耗；在设备断电后，检测电路开关恢复常闭并重新接入，起到为母线储能滤波电容C放电的作用，使设备内的残留电压快速消耗掉，防止出现触电事故。
在一些可选具体例子中，图5为输入电源过压检测及保护电路的再一实施例的结构示意图。如图5所示，保护单元包括继电器RLY与光耦U1构成保护单元，整流桥包括三相整流桥DB，缓冲电路包括第一开关Q1和第一电阻R1。检测电路包括第二开关Q2、第二电阻R2、第三电阻R3和稳压二极管D1，第二开关Q2在一些实施方式中由CPU控制。
在图5所示的例子中，继电器RLY与光耦U1构成保护单元，继电器RLY的三个常闭触点分别三相交流电源接线端子R、S、T所对应的三相。其中，由于后级电路(如变频电路)与保护单元不共地，引入光耦电路(即光耦U1)被配置为转换。例如：保护单元为大地GND，检测电路为功率地PGND。继电器电路(即继电器RLY)需提供一路外部供电VC。需要说明的是，整流器件前级输入无论是三相还是单相，该输入电源过压检测及保护单元均能实现功能，只需更换为单个常闭触点继电器即可。
在图5所示的例子中，第二开关Q2、第二电阻R2及第三电阻R3、稳压二极管D1构成电源检测及保护控制电路，第二开关Q2为常闭器件，在母线储能滤波电容C充电结束，电路正常工作状态下，由CPU芯片控制关断以减小损耗；第二电阻R2与第三电阻R3起到分压作用，在正常工作状态下，第二电阻R2与第三电阻R3分压后，第三电阻R3两端电压低于稳压二极管D1的击穿电压，稳压二极管D1不导通。当接入的输入电源过压，即第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)上升至大于UD时(UD为稳压二极管D1的额定击穿电压)，稳压二极管D1被击穿，保护单元接入，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。其中，第三电阻R3两端电压为U0*R3/(R2+R3)。
其中，在设备断电时，第二开关Q2恢复常闭，第二电阻R2与第三电阻R3接入起到为母线储能滤波电容C快速放电的作用，以防止在断电后母线储能滤波电容C内残留的电压对操作人员产生危险。在使用本发明的方案时，应适当加大缓冲电阻即第一电阻R1的阻值，延长母线储能滤波电容C充电时间，以提供给检测及保护单元充足的动作时间，以免母线储能滤波电容C电压上升过快，保护单元动作不及时损坏电路。第一电阻R1的阻值与第二电阻R2、第三电阻R3、光耦U1、继电器RLY、稳压二极管D1之间无关系，母线电压或整流桥脉冲电流等于第一电阻R1的阻值的最小值，具体阻值需进行测试调整，阻值过大会引起母线电容充电十分缓慢。
需要说明的是，第一开关Q1为常开器件，目前被配置为缓冲电阻的接入及切出，由后级电路内的CPU控制，本发明的方案中使用的第二开关Q2为常闭器件，可直接使用原有的CPU芯片控制，无需外加控制电路，因此在一些实施方式中选取单刀双掷开关对第一开关Q1、第二开关Q2进行替换。第二开关Q2为常闭器件，在上电时刻起保护单元便已进入工作状态，优于使用芯片控制电路检测电压的方案。检测电路可使用芯片控制电路，但本发明的方案中使用的电路元器件数量少、成本低，反应速度快，且作为检测电路有附加放电作用。
采用上述实施例中的输入电源过压检测及保护电路进行驱动器的输入电源过压检测及保护的过程，在一些实施方式中包括：
步骤1、在三相交流电源接线端子R、S、T接入220V输入电源时，通过继电器RLY的三个常闭触点进入整流桥DB整流，此时第一开关Q1处于关断状态，电流流经缓冲电阻(即第一电阻R1)，进入母线储能滤波电容C开始充电。
母线储能滤波电容C开始充电时，第二开关Q2常闭，分压第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)逐渐上升，直至母线储能滤波电容C充电结束，设备正常工作，即第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)<UD，未达到稳压二极管D1的击穿电压，稳压二极管D1不导通，继电器RLY不动作。
步骤2、在母线储能滤波电容C充电结束、设备正常工作后，经延时一段时间后，CPU控制第一开关Q1闭合，第二开关Q2关断，第一电阻R1短路，第二电阻R2、第三电阻R3断路，检测电路切出，在一些实施方式中避免母线电压需要通过电源检测及保护电路而产生损坏，即减小了能耗。延长时间的控制可以是由CPU控制的，第二开关Q2的控制原理与第一开关Q1的控制原理相同，两个开关状态一直处于相反，延时一段时间的目的是保证工作稳定性。
在一些实施方式中，在设备断电时，第二开关Q2恢复常闭，第二电阻R2、第三电阻R3接入，为母线储能滤波电容C放电。
通过上述步骤1和步骤2，在一些实施方式中通过电源检测及保护电路实现对母线储能滤波电容C的充放电控制。而在母线储能滤波电容C的充电阶段，在R、S、T误接入380V供电时，缓冲电阻即第一电阻R1选用较大阻值，母线储能滤波电容C电压上升较缓慢，当分压电阻中第三电阻R3两端电压U0*R3/(R2+R3)上升到大于稳压二极管D1的额定击穿电压值UD时，稳压二极管D1被击穿，保护单元接入，继电器RLY中的电感(即继电器RLY的绕组)开始充电，使继电器RLY的常闭触电断开，从而切断输入电源，保护整流桥、母线储能滤波电容C及后级电路，防止设备损坏。
根据稳压二极管D1击穿时刻电压U0*R3/(R2+R3)＝UD，选用合适的稳压二极管D1，确定稳压二极管D1的额定击穿电压后，即可选用分压电阻即第二电阻R2、第三电阻R3的规格。
由于本实施例的驱动器所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，在一些实施方式中参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过增加简单的检测及保护电路，在低电压电源供电设备误接高压输入时，在母线储能滤波电容C充电阶段便可切断电源，保护整流器件及母线储能滤波电容C不被损坏；在断电阶段，检测电路在一些实施方式中被配置为为母线储能滤波电容C放电，快速降低电容电压，减小安全隐患。
根据本发明的实施例，还提供了对应于驱动器的一种电源保护方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电源保护方法在一些实施方式中应用在所述设备如伺服驱动器等驱动器的输入电源的检测与保护方面，所述设备如驱动器的输入电源的检测与保护方法，在一些实施方式中包括：步骤S110和步骤S120。
在步骤S110处，通过检测单元，如设置在所述驱动器的母线储能滤波电容C处的检测单元，在所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成在一些实施方式中被配置为接通所述保护单元的第一保护信号，并发送至所述保护单元，以接通所述保护单元。例如：检测电路在上电后母线储能滤波电容C充电时间内为工作状态，在一些实施方式中被配置为检测电压。也就是说，检测电路，主要作用为上电阶段检测母线上升电压，在母线电压超过额定电压时，将保护电路接入。
在步骤S120处，通过保护单元，如设置在所述设备(如驱动器)的输入电源与整流桥之间的保护单元，根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，从而进行动作以断开所述设备(如驱动器)的输入电源，即将所述设备(如驱动器)从电网中切出，以中断所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)在充电阶段的继续充电。例如：保护单元(如电源保护电路S2)在检测电路检测到母线电压超过额定电压后接入，使用常闭继电器，在接入后动作，继电器常闭触电弹开，将设备从电网中切出。
由此，通过检测单元和保护单元，在一些实施方式中实现对供电电源电压的检测，在供电电压过高与设备额定输入电压不匹配时，切断供电以防止整流器件及母线储能滤波电容C损坏，从而实现对电路及设备的保护。
在一些可选实施方式中，还包括：在所述设备(如驱动器)的母线电容(即母线储能滤波电容C)在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备(如驱动器)正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路之间的连通通路，即断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
由此，在母线储能滤波电容C充电完成，设备正常工作期间处于切断状态，可减少检测电路内的电阻损耗。例如：检测单元如检测电路的附加作用为在设备正常工作后，可使用CPU控制常闭开关，将检测电路切出，减少损耗。
在一些可选实施方式中，还在一些实施方式中包括：在设备断电后对设备进行保护的过程，即通过检测单元，还在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路。例如：在检测单元在一些实施方式中包括第二开关Q2、第二电阻R2和第三电阻R3的情况下，在设备断电时，第二开关Q2恢复常闭，第二电阻R2与第三电阻R3接入起到为母线储能滤波电容C快速放电的作用，以防止在断电后母线储能滤波电容C内残留的电压对操作人员产生危险。
其中，所述设备的输入电源断电的情况，在一些实施方式中包括：所述设备的输入电源被正常关断的第一情况，所述设备的输入电源突然掉电的第二情况，所述设备的输入电源被保护单元断开的第三情况，等等。所述设备的输入电源被保护单元断开的第三情况，是所述保护单元断开所述设备(如驱动器)的输入电源的情况，即所述保护单元将所述设备(如驱动器)从电网中切出的情况。
由此，在设备断电后，检测单元如检测电路开关恢复常闭并重新接入，起到为母线储能滤波电容C放电的作用，使设备内的残留电压快速消耗掉，防止出现触电事故。
在一些可选实施方式中，还在一些实施方式中包括：通过缓冲单元，如设置在所述设备的供电电路的整流桥与母线电容之间缓冲单元，在设备的母线电容的充电阶段，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
例如：缓冲电路，在一些实施方式中被配置为减缓母线电压上升时间，以免充电过快产生尖峰电压损坏元器件等负面影响。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述驱动器的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，在一些实施方式中参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过检测电路和保护电路，在一些实施方式中实现对电源供电端的检测，在接入错误的高压供电电源时，在电容充电阶段便快速切断供电以保护设备，增加产品的可靠性和异常操作应对能力。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式在一些实施方式中自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不被配置为限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明在一些实施方式中有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种电源保护装置，其特征在于，包括：检测单元和保护单元；其中，
所述检测单元，被配置为在设备的母线电容的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备的母线电容的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成能够接通所述保护单元的第一保护信号；
所述保护单元，被配置为根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源，以中断所述设备的母线电容在充电阶段的继续充电；
所述检测单元，还被配置为在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路；
还包括：缓冲单元；
所述缓冲单元，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
2.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，所述保护单元，包括：光耦模块和第一开关模块；其中，
所述光耦模块，被配置为对所述第一保护信号进行信号隔离，得到第二保护信号；
所述第一开关模块，被配置为根据所述第二保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源。
3.根据权利要求2所述的电源保护装置，其特征在于，所述第一开关模块包括继电器模块；
所述继电器模块的常闭触点设置在所述设备的输入电源与所述设备的整流桥之间；所述继电器模块的线圈的第一端接直流电源，所述继电器模块的线圈的第二端连接至所述光耦模块的集电极。
4.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，还包括：控制单元；
所述控制单元，被配置为在设备的母线电容在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
5.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，所述检测单元，包括：第二开关模块、分压模块和触发模块；其中，
所述第二开关模块，被配置为控制所述检测单元与所述设备的供电电路之间的连通或断开；
所述分压模块，被配置为在设备的母线电容的充电阶段，分压采样所述设备的母线电容的母线电压；
所述触发模块，被配置为在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下进行导通，以生成能够接通所述保护单元的第一保护信号。
6.根据权利要求5所述的电源保护装置，其特征在于，所述第二开关模块包括常闭开关，所述分压模块包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述触发模块包括二极管模块；其中，
所述常闭开关、所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，与所述设备的母线电容的母线电压输出端形成回路；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端作为分压端，连接至所述二极管模块的阴极；所述二极管模块的阳极连接至所述保护单元。
7.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，所述缓冲单元，包括：第三开关模块和缓冲电阻；所述第三开关模块为常开开关。
8.根据权利要求7所述的电源保护装置，其特征在于，在所述检测单元包括常闭开关的情况下，所述缓冲单元中的常开开关、以及所述检测单元中的常闭开关能够选用单刀双掷开关。
9.一种驱动器，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的电源保护装置。
10.一种电源保护方法，其特征在于，包括：
通过检测单元，在设备的母线电容的充电阶段，与所述设备的供电电路连通，检测所述设备的母线电容的母线电压；并在所述母线电压上升到超过额定母线电压的情况下，生成能够接通保护单元的第一保护信号，以接通所述保护单元；
通过保护单元，根据所述第一保护信号与所述检测单元形成通路，断开所述设备的输入电源，以中断所述设备的母线电容在充电阶段的继续充电；
还包括：通过检测单元，还在所述设备的输入电源断开之后，与所述设备的供电电路连通，用作所述设备的母线电容的放电支路，以与所述母线电容形成放电回路；
还包括：
通过缓冲单元，减缓所述母线电容的母线电压的上升时间。
11.根据权利要求10所述的电源保护方法，其特征在于，还包括：
在设备的母线电容在充电阶段完成充电的情况下，在所述设备正常工作第一设定时长后，断开所述检测单元与所述设备的供电电路。
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