CN112286278A - 编码器电源动态补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及编码器技术领域，公开了一种编码器电源动态补偿装置及方法。本发明实施例中，所述编码器电源动态补偿装置包含：编码器电路模块及编码器。所述编码器电路模块通过线缆与所述编码器形成闭环电路，其中，所述闭环电路中包括编码器电路模块提供的输出电压，编码器接收到的输入电压，及编码器电路模块接收到的所述编码器根据所述输入电压执行反馈产生的反馈电压；所述编码器电路模块根据所述反馈电压及预设基准电压的大小关系，调节所述闭环电路的输出电压。与现有技术相比，本发明实施例通过对反馈电压的检测及闭环电路的控制，灵活调整编码器电路模块的输出电压，进而实现编码器的输入电压的动态补偿。

Description

编码器电源动态补偿装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及编码器技术领域，特别涉及一种编码器电源动态补偿装置及方法。

背景技术

编码器作为速度和位置反馈的关键部件，在电机驱动的案例中，得到了普遍的应用。编码器在应用时，是安装在电机本体上，电机驱动器和编码器之间通过线缆连接，电机驱动器为编码器供电。

发明人发现，这种应用中经常遇到的挑战之一就是编码器的线缆比较长，有很多现场有超过100m的线长，且由于线的材质不同，阻抗也各不相同，会出现编码器的输入电压偏低的状态，严重影响了编码器的正常工作。由于现场的编码器是随机的，电流消耗不好确定，线缆长度也是不确定的。目前行业通用的做法是给出特定的压值，现场如果有编码器电压不满足使用的情况，通过临时修改电路，提高电源输出电压的方式来实现编码器供电，这种做法需要人工在现场实时进行监督，带来较大的人工成本，同时修改电路容易带来安全隐患。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种编码器电源动态补偿装置及方法，通过反馈电压的检测及闭环电路的控制，灵活调整输出电压，进而实现编码器的输入电压的动态补偿。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种编码器电源动态补偿装置，包含：编码器电路模块及编码器；

所述编码器电路模块通过线缆与所述编码器形成闭环电路，其中，所述闭环电路中包括编码器电路模块提供的输出电压，编码器接收到的输入电压，及编码器电路模块接收到的所述编码器根据所述输入电压执行反馈产生的反馈电压；

所述编码器电路模块根据所述反馈电压及预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压。

进一步的，本发明还提供一种利用所述编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿的方法，所述方法包括：

所述编码器电路模块设定输出电压，并根据所述输出电压通过线缆向编码器供电；

所述编码器通过线缆接收编码器电路模块传送过来的电流，根据所述电流计算得到输入电压；

所述编码器根据所述输入电压通过线缆向所述编码器电路模块执行电压反馈；

所述编码器电路模块基于所述电压反馈得到反馈电压；

所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压。

本发明实施方式，通过编码器基于输入电压执行反馈产生的反馈电压的检测及闭环电路的控制，灵活调整编码器电路模块的输出电压，进而实现编码器的输入电压的动态补。

优选地，所述编码器电路模块包括给所述编码器供电的电源接口，并通过所述电源接口与所述编码器形成闭环电路。

本发明实施方式通过所述形成的闭环电路，可以控制编码器的供电电源。

优选地，所述编码器电路模块还包括与所述编码器进行信号传输的编码器信号电路。

本发明实施方式通过所述编码器信号电路可以计算出电机在运行时的位置和速度。

优选地，所述编码器电路模块还包括比较器，所述比较器通过比较所述闭环电路中的反馈电压及预设基准电压的大小，输出高阻或短路。

本发明实施方式根据输出高阻或短路实现编码器的供电电源调整。

优选地，所述输出电压通过反馈电阻调节电压值。

本发明实施方式通过所述反馈电阻可以灵活调整电压值。

优选地，所述输出电压与编码器输入电压的电压损耗范围为大于输出电压的5％且小于输出电压的10％。

优选地，所述反馈电压与输入电压近似相等。

本发明实施方式，基于所述反馈电压与输入电压近似相等，可以提高编码器末端检测电压的准确性。

优选地，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压之前，还包括：

将所述反馈电压接入至所述比较器的正向接入端；

将所述预设基准电压接入至比较器的负向接入端；

利用所述比较器读取所述正向接入端和所述负向接入端的电压值，根据读取的电压值，识别出所述反馈电压和预设基准电压的大小。

优选地，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压，包括：

若所述反馈电压大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块不补偿所述编码器的电源；

若所述反馈电压不大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块中电源接口的输出电压升高，补偿所述编码器的电源。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明提供的编码器电源动态补偿装置的结构图；

图2是本发明提供的利用编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法的技术原理图；

图3是本发明提供的利用编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法的实施流程图；

图4是本发明图中提供的利用编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法中步骤S4的详细实施流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明实施方式涉及一种编码器电源动态补偿装置及方法，其核心在于通过编码器基于输入电压执行反馈产生的反馈电压的检测及闭环电路的控制，灵活调整编码器电路模块的输出电压，进而实现编码器的输入电压的动态补。

下面对本发明实施方式的编码器电源动态补偿的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

参照图1所示，是本发明提供的编码器电源动态补偿装置的结构图。

本发明实施例所述编码器电源动态补偿装置主要包括编码器电路模块及编码器。其中，本发明实施例中，所述编码器可以安装在电机中，以及所述编码器电路模块安装在电机驱动器中。

其中，所述电机指的是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，例如柴油电机、马达电机以及伺服电机等；所述编码器用于将电机运行中的速度和位置信息以通讯或脉冲的形式反馈的所述电机驱动器中；所述电机驱动器用于对电机供电，并根据编码器反馈的信息计算还原出电机的速度和位置，以实现对电机的控制。

本发明实施例中，所述编码器电路模块通过线缆与编码器形成闭环电路。所述线缆包括电源线、地线(又称GND)以及信号线。其中，所述电源线用于实现电源的传输，所述地线用于防止电源传输时电源过大引起的触电事故，所述信号线用于传输编码器电路模块与编码器之间的通讯或脉冲信号。

进一步地，参阅图2所示，是本发明提供的利用编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法的技术原理图。

本发明实施例中，所述编码器电路模块包括电源接口、编码器信号电路以及比较器(图中为U1)。其中，所述电源接口通过电源线与所述编码器形成闭环电路，用于对所述编码器进行供电。所述闭环电路中包括输出电压(下称Vcc)、输入电压(下称Vcc1)、基准电压(下称Vref)以及反馈电压(下称Vcc2)。其中，所述Vcc指的是电源接口提供的电压，所述Vcc1指的是到达编码器中的电压，所述Vref指的是比较器中设定的电压，所述Vcc2指的是电源接口接收到的编码器末端通过电源线传输的电压。所述编码器电路模块根据所述闭环电路中的反馈电压及预设基准电压，调节所述输出电压，从而实现对所述输入电压的电源动态补偿。进一步地，所述编码器信号电路通过所述信号线与所述编码器进行信号传输，以实现信号反馈；所述比较器通过比较Vref与Vcc2的大小，输出高阻或短路，以影响电源接口的Vcc，从而实现Vcc1的电源动态补偿。优选地，基于编码器类型，本发明实施例通过反馈电阻调节电源接口的Vcc的电压值，以控制电源接口的电压输出。例如，对于光电编码器，利用反馈电阻调节Vcc的电压值可以为5v，对于静磁栅绝对编码器，利用反馈电阻调节Vcc的电压值可以为4.5v。

进一步地，当所述电源接口通过电源线向编码器进行供电时，由于受电源线的材质、横截面积以及长度等因素影响，会产生一定的电源损耗，因此所述输出电压Vcc与输入电压Vcc1的电压损耗范围为大于输出电压Vcc的5％且小于输出电压Vcc的10％，即Vcc*5％<Vcc-Vcc1<Vcc*10％。

其中，需要声明的是，在编码器末端返回至电源接口形成的反馈回路，Vcc2对地线的阻抗要远大于Vcc1对地线的阻抗，以实现Vcc2≈Vcc1，保障准确的反馈Vcc1。

一个可选实施例中，通过更改地线的长度或横截面积实现Vcc2对地线的阻抗远大于Vcc1对地线的阻抗。

优选地，本发明实施例中，将Vcc2接入至比较器的正向输入端，Vref接入至比较器的负向输入端，并设置Vcc2低于Vcc*90％作为比较器的动作点，即若Vcc2>Vcc*90％，比较器不动作，输出结果为高阻，对Vcc2不影响，返回至电源接口的电压不变化，从而对输出电压不影响，若Vcc2≤Vcc*90％，比较器发生变化，输出结果为短路，影响Vcc2，导致返回至电源接口电压变小，升高输出电压，以使最终的输出电压保持在稳定状态，从而保证输入电压最大限度电源的适配性。

基于上述闭环电路的反馈电压检测，可以灵活调整电源接口的输出电压，实现编码器输入电压最大限度的适配，从而保证编码器的正常供电。

具体地，本发明实施例利用所述编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法的详细实施流程可以参阅下述的图3的描述。

优选地，本发明实施例所述利用所述编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿方法详细包括如下步骤：

S1、所述编码器电路模块设定输出电压，并根据所述输出电压通过线缆向编码器供电。

本发明实施例中，基于不同编码器类型，设定对应的输出电压，例如，对于光电编码器输出电压可以设置为5v。

一个可选实例中，利用反馈电阻调节所述编码器电路模块中电源接口的电源，实现所述输出电压的设定。

S2、所述编码器接收编码器电路模块传送过来的电流，根据所述电流计算得到输入电压。

本发明实施例中，由于受线缆的材质、横截面积以及长度等因素影响，因此，编码器在通过线缆接收所述输出电压时，会产生一定的电源损耗，于是生成的输入电压要小于输出电压。

一个可选实施例中，所述输入电压与输出电压的电压损耗范围为大于输出电压的5％且小于输出电压的10％，Vcc*5％<Vcc-Vcc1＝ΔV<Vcc*10％。

S3、所述编码器根据所述输入电压通过线缆向所述编码器电路模块执行电压反馈，所述编码器电路模块根据所述电压反馈得到反馈电压。

在本发明的至少一个实施例中，所述编码器在得到所述输入电压之后，执行所述编码器电源动态补偿装置中的电机运转速度和位置的信息计算，在计算结束之后，所述编码器的末端通过线缆向所述编码器电路模块反馈所述输入电压。基于所述编码器的反馈，所述编码器电路模块得到反馈电压，根据所述反馈电压识别出下次编码器运行时所需的输入电源，其中，由于编码器的末端通过线缆向所述编码器电路模块反馈所述输入电压时，在线缆中会损耗一定的输入电压，因此，为了更加准确的反馈所述输入电压，本发明实施例中，通过更改地线的长度或横截面积实现反馈电压对地线的阻抗远大于输入电压对地线的阻抗，以使反馈电压与输入电压近似相等。

其中，需要声明的是，此时将输入电压反馈至编码器电路模块中，编码器电路模块与编码器之间形成的是一个闭环电路。

S4、所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压。

本发明实施例中，所述预设基准电压根据实际电路场景进行设定，如上述光电编码器，用户希望将输出电压控制在5v*90％，则所述预设基准电压设置为4.5v。

本发明实施例中，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述闭环电路的输出电压之前，还包括：所述编码器电路模块中的比较器判断所述反馈电压和预设基准电压的大小。

详细地，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述闭环电路的输出电压，包括：

若所述反馈电压大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块不补偿所述编码器的电源；

若所述反馈电压不大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块中电源接口的输出电压升高，补偿所述编码器的电源。

本发明实施例中，所述反馈电压大于所述预设基准电压，表示编码器反馈的电压可以保证编码器的正常供电，不需要进行电源补偿，因此，所述比较器的输出结果为高阻，对电源接口的输出电压不产生影响，即所述编码器电路模块中电源接口的输出电压不变化，从而对所述编码器的电源不进行补偿。

本发明实施例中，所述反馈电压不大于所述预设基准电压，表示编码器反馈的电压不能保证编码器的正常供电，需要进行电源补偿，因此，所述比较器的输出结果为短路，对电源接口的输出电压产生影响，即升高所述编码器电路模块中电源接口的输出电压，以使输出电压保持在一个平衡状态，实现所述编码器的电源动态补偿。

进一步地，参阅图4所示，是本发明提供的编码器电路模块中比较器判断反馈电压和预设基准电压的大小实施流程图，包括：

S40、将所述反馈电压接入至所述比较器的正向接入端；

S41、将所述预设基准电压接入至比较器的负向接入端；

S42、利用所述比较器读取所述正向接入端和所述所述负向接入端的电压值，根据读取的电压值，识别出所述反馈电压和预设基准电压的大小。

综上所述，本发明通过反馈电压的检测及闭环电路的控制，可以灵活调整输出电压的调整，实现编码器电源的动态补偿，从而解决了编码器因供电电源不足而无法正常工作的问题。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

编码器电路模块及编码器；

所述编码器电路模块通过线缆与所述编码器形成闭环电路，其中，所述闭环电路中包括编码器电路模块提供的输出电压，编码器接收到的输入电压，及编码器电路模块接收到的所述编码器根据所述输入电压执行反馈产生的反馈电压；

所述编码器电路模块根据所述反馈电压及预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压。

2.根据权利要求1所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述编码器电路模块包括给所述编码器供电的电源接口，并通过所述电源接口与所述编码器形成闭环电路。

3.根据权利要求2所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述编码器电路模块还包括与所述编码器进行信号传输的编码器信号电路。

4.根据权利要求2所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述编码器电路模块还包括比较器，所述比较器通过比较所述闭环电路中的反馈电压及预设基准电压的大小，输出高阻或短路。

5.根据权利要求1所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述输出电压通过反馈电阻调节电压值。

6.根据权利要求1所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述输出电压与编码器输入电压的电压损耗范围为大于输出电压的5％且小于输出电压的10％。

7.根据权利要求1所述的编码器电源动态补偿装置，其特征在于，所述反馈电压与输入电压近似相等。

8.一种利用权利要求1至7中任意一项所述的编码器电源动态补偿装置执行编码器电源动态补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述编码器电路模块设定输出电压，并根据所述输出电压通过线缆向编码器供电；

所述编码器通过线缆接收编码器电路模块传送过来的电流，根据所述电流计算得到输入电压；

所述编码器根据所述输入电压通过线缆向所述编码器电路模块执行电压反馈；

所述编码器电路模块基于所述电压反馈得到反馈电压；

所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压。

9.根据权利要求8所述的编码器电源动态补偿方法，其特征在于，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压之前，还包括：

将所述反馈电压接入至所述比较器的正向接入端；

将所述预设基准电压接入至比较器的负向接入端；

利用所述比较器读取所述正向接入端和所述负向接入端的电压值，根据读取的电压值，识别出所述反馈电压和预设基准电压的大小。

10.根据权利要求9所述的编码器电源动态补偿方法，其特征在于，所述编码器电路模块根据所述反馈电压和预设基准电压的大小关系，调节所述输出电压，包括：

若所述反馈电压大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块不补偿所述编码器的电源；

若所述反馈电压不大于所述预设基准电压，所述编码器电路模块中电源接口的输出电压升高，补偿所述编码器的电源。

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