CN112953311A - 一种滞回比较的电压泄放电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种滞回比较的电压泄放电路,包括:输入电容的正极与电源正极输入端连接,输入电容的负极与电源负极输入端连接,二极管的正极端与电源正极输入端连接,二极管的负极端与正极输出端连接,第一分压电阻和第二分压电阻串联连接后,连接在电源正极输入端和电源负极输入端之间;第一分压电阻和第二分压电阻的连接中点与比较器的同相输入端连接,第三分压电阻和第四分压电阻的连接中点与比较器的反相输入端连接,比较器的输出端与反馈电阻的一端连接,反馈电阻的另一端与比较器的同相输入端连接;稳压二极管的负极端与稳压电阻的一端连接,稳压二极管的正极端与负极输出端连接。
Description
技术领域
本发明涉及多轴机器人技术领域,特别涉及一种滞回比较的电压泄放电路。
背景技术
在电机驱动场合,伺服驱动器,变频器都会存在电机减速时产生电能倒灌到驱动器的情况,此时会把母线电容上的电压抬升上去,如果不采取任何措施,则电压可能会超过电容的额定电压产生击穿危险,以及电压还可能会超过驱动器里的功率器件的耐压而损坏功率器件。因此在电机驱动场合,母线电压泄放电路是一个必须的模块。
常见的单轴驱动器的泄放电路都是在驱动器内部完成,一般都有控制系统的参与,软件程序上通过检测母线电压的赋值大小,一旦发现电压抬升到某一值,则进行泄放动作。
单轴版的驱动这样处理比较可行,但是多轴版的电机系统,适合集中管理,而且多驱动器共用母线系统其泄放电路可以使用一个外部电路一起处理,放在电源和驱动器之间,这样多个驱动器由哪个部件来控制泄放工作是个问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此,本发明的目的在于提出一种滞回比较的电压泄放电路。
为了实现上述目的,本发明的实施例提供一种滞回比较的电压泄放电路,包括:输入电容的正极与电源正极输入端连接,所述输入电容的负极与电源负极输入端连接,二极管的正极端与所述电源正极输入端连接,所述二极管的负极端与正极输出端连接,第一分压电阻和第二分压电阻串联连接后,连接在所述电源正极输入端和所述电源负极输入端之间;第三分压电阻和第四分压电阻串联连接后,连接在所述正极输出端和所述负极输出端之间;所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接中点与比较器的同相输入端连接,所述第三分压电阻和第四分压电阻的连接中点与所述比较器的反相输入端连接,所述比较器的输出端与反馈电阻的一端连接,所述反馈电阻的另一端与所述比较器的同相输入端连接;稳压二极管的负极端与稳压电阻的一端连接,所述稳压电阻的另一端与正极输出端连接,所述稳压二极管的正极端与负极输出端连接;所述稳压电阻和稳压二极管的中点连接至所述比较器的电源正端,所述比较器的电源负端与所述电源负极输入端连接;
所述比较器的输出端三极管的基极连接,第七分压电阻和第八分压电阻串联连接后,连接在所述正极输出端和所述负极输出端之间,所述三极管的集电极与所述第七分压电阻和第八分压电阻的连接中点连接,所述三极管的发射极与负极输出端连接,第九电阻的一端与所述三极管的发射极连接,所述第九电阻的另一端与NMOS管的栅极连接,所述NMOS管的漏极与制动电阻的一端和第二二极管的正极连接,所述第二二极管的负极和所述制动电阻的另一端均与正极输出端连接,所述NMOS管的源极与电源负极输入端连接,输出电容的两端分别与正极输出端和负极输出端连接。
进一步,所述三极管采用NPN型三极管。
进一步,在电机非减速运行时,设置比较点Vth1和Vth2在U1的同相输入端,均比第三分压电阻和第四分压电阻设置的反相输入电压高,此时所述比较器的同相输入电压高于反相输入电压,则所述比较器输出高电平,所述三极管导通,使得所述NMOS管的栅极为低电平,所述NMOS管不导通,泄放电路未接通;所述比较器输出为高电平,通过所述反馈电阻设置的比较点为Vth1,其中Vth1>Vth2。
进一步,当电机减速时,电机发电使能正极输出端的电压上升,则所述比较器的反相输入电压也开始上升,当上升到超过此时的所述比较器的同相输入的比较点Vth1时,则所述比较器的输出从高电平变为低电平,关闭所述三极管,所述三极管截止则所述第九电阻从电源处有高电平,从而驱动NMOS管开启,此时所述制动电阻接通,通过电阻消耗将母线电压拉低;当电压降低至低于Vth1时,此时的比较点变成Vth2,所述NMOS管不会马上断开,此时所述比较器输出为低电平,所述第一分压电阻、第二分压电阻和反馈电阻一起在同相输入端形成新的比较点Vth2,当母线电压继续下降低于Vth1时,所述三极管和NMOS管不会有动作,继续降低直到低于Vth2时,此时所述比较器的输出电压从低电平变成高电平,当所述比较器的输出变成高电平,则此时的比较点从Vth2变成Vth1;所述比较器的输出变回高电平,电机减速产生的过压已经被电阻消耗掉,表示一次减速制动动作完成。
根据本发明实施例的滞回比较的电压泄放电路,是一种自主泄放的电路,该电路采用了滞回比较可以灵活控制每次泄放脉冲波的能量空间大小,泄放电流会持续直到当电压下降到另一个比较点Vth2时,泄放电流才关断。避免了泄放工作时频繁的开关动作,每次开通都会泄放直到电压降低到目标点位才关闭,减小了电流的脉冲次数,同时比较点值可以灵活调整,可以根据实际需求把泄放点设置的比电源电压高更多,让更多的能量存储进母线电容,适用各种应用场合,不用控制系统介入,自主完成泄放动作,尤其适合共母线系统多轴的应用场合,通过分压电阻网络的配置,可以适用于各种高低电压的母线系统中。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本发明实施例的滞回比较的电压泄放电路的电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在常规的泄放处理上,程序一般会设置两个比较点,Vth1,Vth2,在电压向上升的时候Vth1生效,此时电压大于Vth1,就会开启泄放,然后电压会下降,在电压下降的阶段Vth1不生效变成Vth2生效,此时电压下降到低于Vth2才会断开泄放。此形成了一个滞回比较的空间,避免泄放管的动作过于频繁。本发明通过电路的形式实现了类似的双比较点的设置,同时根据分压电阻网络两个比较点可以灵活调整。
具体的,本发明提供一种滞回比较的电压泄放电路,该电路用于直流母线的电压泄放,适合多轴共直流母线的电压泄放管理,尤其涉及多轴机器人方面的母线电压泄放。本发明提供的电压泄放电路简单可靠,可以用于直流驱动器的电压泄放,适合于电机驱动器的母线电压管理。功能完善,方便无控制场合的电压自动管理。
如图1所示,本发明实施例的滞回比较的电压泄放电路,包括:输入电容C1的正极与电源正极输入端VIN+连接,输入电容C1的负极与电源负极输入端VIN-连接,二极管D1的正极端与电源正极输入端VIN+连接,二极管D1的负极端与正极输出端Vout+连接,第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联连接后,连接在电源正极输入端VIN+和电源负极输入端VIN-之间;第三分压电阻R3和第四分压电阻R4串联连接后,连接在正极输出端Vout+和负极输出端Vout-之间;第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的连接中点与比较器U1的同相输入端连接,第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的连接中点与比较器U1的反相输入端连接,比较器U1的输出端与反馈电阻R5的一端连接,反馈电阻R5的另一端与比较器U1的同相输入端连接;稳压二极管D2的负极端与稳压电阻R6的一端连接,稳压电阻R6的另一端与正极输出端Vout+连接,稳压二极管D2的正极端与负极输出端Vout-连接;稳压电阻R6和稳压二极管D2的中点连接至比较器U1的电源正端,比较器U1的电源负端与电源负极输入端VIN-连接。
比较器U1的输出端三极管Q1的基极连接,第七分压电阻R7和第八分压电阻R8串联连接后,连接在正极输出端Vout+和负极输出端Vout-之间,三极管Q1的集电极与第七分压电阻R7和第八分压电阻R8的连接中点连接,三极管Q1的发射极与负极输出端Vout-连接,第九电阻的一端与三极管Q1的发射极连接,第九电阻的另一端与NMOS管Q2的栅极连接,NMOS管Q2的漏极与制动电阻的一端和第二二极管D3的正极连接,第二二极管D3的负极和制动电阻的另一端均与正极输出端Vout+连接,NMOS管Q2的源极与电源负极输入端VIN-连接,输出电容C2的两端分别与正极输出端Vout+和负极输出端Vout-连接。
在本发明的实施例中,三极管Q1采用NPN型三极管Q1。
本发明提供一种滞回比较的电压泄放电路,工作原理如下:
在电机非减速运行时,设置比较点Vth1和Vth2在U1的同相输入端,均比第三分压电阻R3和第四分压电阻R4设置的反相输入电压高,此时比较器U1的同相输入电压高于反相输入电压,则比较器U1输出高电平,三极管Q1导通,使得NMOS管Q2的栅极为低电平,NMOS管Q2不导通,泄放电路未接通;比较器U1输出为高电平,通过反馈电阻R5设置的比较点为Vth1,其中Vth1>Vth2。
当电机减速时,电机发电使能正极输出端Vout+的电压上升,则比较器U1的反相输入电压也开始上升,当上升到超过此时的比较器U1的同相输入的比较点Vth1时,则比较器U1的输出从高电平变为低电平,关闭三极管Q1,三极管Q1截止则第九电阻从电源处有高电平,从而驱动NMOS管Q2开启,此时制动电阻接通,通过电阻消耗将母线电压拉低;当电压降低至低于Vth1时,此时的比较点变成Vth2,NMOS管Q2不会马上断开,此时比较器U1输出为低电平,第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和反馈电阻R5一起在同相输入端形成新的比较点Vth2,当母线电压继续下降低于Vth1时,三极管Q1和NMOS管Q2不会有动作,继续降低直到低于Vth2时,此时比较器U1的输出电压从低电平变成高电平,当比较器U1的输出变成高电平,则此时的比较点从Vth2变成Vth1;比较器U1的输出变回高电平,电机减速产生的过压已经被电阻消耗掉,表示一次减速制动动作完成。后续,只要电机减速,则重复上述几个过程动作来吸收制动能量,防止母线电压过高对其电路硬件造成损坏。
综上,本发明实施例的滞回比较的电压泄放电路,包括:输入电容C1,输入二极管D1,由R1,R2,R3,R4,U1,R5组成了滞回比较,稳压电源供给R6和D2,Q1和R7,R8,R9组成驱动,Q2,R10,D3组成电压泄放通路。电阻R6的一端连接Vout+,一端连接到D2,从R6和D2的中点连接到U1的电源供电正端,U1的电源负端连接到VIN-,组成比较器的供电。本发明设置两个比较点,在Vout电压升高时当电压大于比较点Vth1时,Q1导通驱动Q2开通,从而让电机发电的能量从制动电阻R10上消耗掉,此时Vout电压会下降,直到当Vout下降到另外一个比较点Vth2时,才会关掉Q2,R6和D2组成U1供电,D3是制动回路的续流二极管。C2是输出电容。该电路驱动原理清晰,采用D1阻断住由于电机减速时产生的反冲电压,然后通过比较器分别取电源侧电压的分压以及电机母线的分压,当电机母线侧的分压高于电源侧一定值时(此值Vth1可由分压电阻网络进行灵活配置),制动电阻接入母线开始泄放电机制动能量。本发明提供的上述电路实现了自动的电压泄放管理,并且设有两个比较点,实现滞回空间的比较,可灵活根据实际工作要求调整每次电压泄放的电压幅度的大小。
根据本发明实施例的滞回比较的电压泄放电路,是一种自主泄放的电路,该电路采用了滞回比较可以灵活控制每次泄放脉冲波的能量空间大小,泄放电流会持续直到当电压下降到另一个比较点Vth2时,泄放电流才关断。避免了泄放工作时频繁的开关动作,每次开通都会泄放直到电压降低到目标点位才关闭,减小了电流的脉冲次数,同时比较点值可以灵活调整,可以根据实际需求把泄放点设置的比电源电压高更多,让更多的能量存储进母线电容,适用各种应用场合,不用控制系统介入,自主完成泄放动作,尤其适合共母线系统多轴的应用场合,通过分压电阻网络的配置,可以适用于各种高低电压的母线系统中。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (4)
1.一种滞回比较的电压泄放电路,其特征在于,包括:输入电容的正极与电源正极输入端连接,所述输入电容的负极与电源负极输入端连接,二极管的正极端与所述电源正极输入端连接,所述二极管的负极端与正极输出端连接,第一分压电阻和第二分压电阻串联连接后,连接在所述电源正极输入端和所述电源负极输入端之间;第三分压电阻和第四分压电阻串联连接后,连接在所述正极输出端和所述负极输出端之间;所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接中点与比较器的同相输入端连接,所述第三分压电阻和第四分压电阻的连接中点与所述比较器的反相输入端连接,所述比较器的输出端与反馈电阻的一端连接,所述反馈电阻的另一端与所述比较器的同相输入端连接;稳压二极管的负极端与稳压电阻的一端连接,所述稳压电阻的另一端与正极输出端连接,所述稳压二极管的正极端与负极输出端连接;所述稳压电阻和稳压二极管的中点连接至所述比较器的电源正端,所述比较器的电源负端与所述电源负极输入端连接;
所述比较器的输出端三极管的基极连接,第七分压电阻和第八分压电阻串联连接后,连接在所述正极输出端和所述负极输出端之间,所述三极管的集电极与所述第七分压电阻和第八分压电阻的连接中点连接,所述三极管的发射极与负极输出端连接,第九电阻的一端与所述三极管的发射极连接,所述第九电阻的另一端与NMOS管的栅极连接,所述NMOS管的漏极与制动电阻的一端和第二二极管的正极连接,所述第二二极管的负极和所述制动电阻的另一端均与正极输出端连接,所述NMOS管的源极与电源负极输入端连接,输出电容的两端分别与正极输出端和负极输出端连接。
2.如权利要求1所述的滞回比较的电压泄放电路,其特征在于,所述三极管采用NPN型三极管。
3.如权利要求1所述的滞回比较的电压泄放电路,其特征在于,
在电机非减速运行时,设置比较点Vth1和Vth2在U1的同相输入端,均比第三分压电阻和第四分压电阻设置的反相输入电压高,此时所述比较器的同相输入电压高于反相输入电压,则所述比较器输出高电平,所述三极管导通,使得所述NMOS管的栅极为低电平,所述NMOS管不导通,泄放电路未接通;所述比较器输出为高电平,通过所述反馈电阻设置的比较点为Vth1,其中Vth1>Vth2。
4.如权利要求1所述的滞回比较的电压泄放电路,其特征在于,
当电机减速时,电机发电使能正极输出端的电压上升,则所述比较器的反相输入电压也开始上升,当上升到超过此时的所述比较器的同相输入的比较点Vth1时,则所述比较器的输出从高电平变为低电平,关闭所述三极管,所述三极管截止则所述第九电阻从电源处有高电平,从而驱动NMOS管开启,此时所述制动电阻接通,通过电阻消耗将母线电压拉低;当电压降低至低于Vth1时,此时的比较点变成Vth2,所述NMOS管不会马上断开,此时所述比较器输出为低电平,所述第一分压电阻、第二分压电阻和反馈电阻一起在同相输入端形成新的比较点Vth2,当母线电压继续下降低于Vth1时,所述三极管和NMOS管不会有动作,继续降低直到低于Vth2时,此时所述比较器的输出电压从低电平变成高电平,当所述比较器的输出变成高电平,则此时的比较点从Vth2变成Vth1;所述比较器的输出变回高电平,电机减速产生的过压已经被电阻消耗掉,表示一次减速制动动作完成。
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