CN115102379A - 一种应用于感性负载的软启动控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人控制领域，具体说是一种应用于感性负载的软启动控制电路及方法。包括：顺序连接的检测电路、预驱动电路以及驱动电路；所述检测电路包括母线电压采样电路、阈值电路和比较电路，所述母线电压采样电路连接比较电路的同向输入端，所述阈值电路连接比较电路的反向输入端，所述比较电路的输出端连接预驱动电路的输入端；所述驱动电路包括并联的MOS管和功率电阻，预驱动电路的输出端分别与MOS管和功率电阻相连，动力电源分别通过MOS管和功率电阻连接负载。本发明通过实际电路测试，实现了感性负载的软起上电功能。软起阈值设定灵活，切换电压捕捉准确，并且大大降低了成本和电气配线的负载程度。
Description
技术领域
本发明属于机器人控制领域，具体说是一种应用于感性负载的软启动控制电路及方法。
背景技术
软启动控制电路是指应用于感性负载的一种上电时序控制电路，一般应用于电机驱动器启动电路。
感性负载启动瞬间的电流能达到正常工作时电流的3到5倍，持续时间在10到30ms。这样一个尖峰电流通常会导致供电电源波动，甚至拉低电源电压，造成同时供电的其它用电设备重启。软启动电路起到了压低上电尖峰电流，平缓启动电压的作用。
现有感性负载电路的启动方法主要分三种：
1)直接启动：这种启动方式对电源的冲击最大，一般应用于负载小、电源抗扰动性能高的应用场合。
2)星角启动：这种启动方式应用于三相异步电机，通过星型接线和角型接线之间相电压的延时切换，一定程度的压低了上电的尖峰电流，并未从根本解决上电问题。
3)电阻软启动：这种启动方式是将功率电阻串入负载供电线路，使得上电瞬间负载加大，有效降低启动尖峰电流，再通过延时继电器驱动接触器短接功率电阻，实现上电启动过程。这种方式有成本较高，电气线路复杂，软起切换时间不准确等缺点。
发明内容
本发明针对感性负载上电启动过程的尖峰电流抑制效果、电气接线复杂程度和成本三者相互制约的问题，提出了一种应用于感性负载的软启动控制电路及方法。保证负载上电尖峰电流抑制效果、减少电气接线负载程度的基础上，有效降低了软启动电路的成本。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种应用于感性负载的软启动控制电路，包括：顺序连接的检测电路、预驱动电路以及驱动电路；
所述检测电路包括母线电压采样电路、阈值电路和比较电路，所述母线电压采样电路连接比较电路的同向输入端，所述阈值电路连接比较电路的反向输入端，所述比较电路的输出端连接预驱动电路的输入端；
所述预驱动电路为光耦，光耦的输入端和输出端分别作为预驱动电路的输入端和输出端；
所述驱动电路包括并联的MOS管和功率电阻，预驱动电路的输出端与MOS管的栅极相连，MOS管的源极和漏极之间并联有功率电阻，动力电源分别通过MOS管和功率电阻连接负载。
所述母线电压采样电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1和二极管D2，负载电压VCC_LOD依次通过电阻R1、电阻R2接地，电容C1和二极管D2分别与电阻R2并联，电阻R1和电阻R2之间的节点通过二极管D1连接5V输入电压。
所述阈值电路包括电阻R3和电阻R4，5V输入电压依次通过电阻R3和电阻R4接地。
所述比较电路包括比较器U1B、电阻R5和电阻R6，比较器U1B的同向输入端连接母线电压采样电路中电阻R1和电阻R2之间的节点，比较器U1B的反向输入端连接阈值电路中电阻R3和电阻R4之间的节点，比较器U1B的输出端分别通过电阻R5连接5V输入电压，通过电阻R6连接比较器U1B的同向输入端。
所述预驱动电路包括光耦U2、电阻R7和电阻R8，光耦U2的发光二极管阳极通过电阻R7连接比较电路中比较器U1B的输出端，光耦U2的发光二极管阴极接地，光耦U2的光电三极管集电极通过电阻R8连接动力电源，光耦U2的光电三极管发射极接地。
所述MOS管包括MOS管Q1和电阻R9，MOS管Q1的栅极通过电阻R9连接预驱动电路中光耦U2的光电三极管集电极，MOS管Q1的源极连接动力电源，MOS管Q1的漏极连接负载，MOS管Q1的源极和漏极之间并联有功率电阻。
一种应用于感性负载的软启动控制方法，负载电压VCC_LOD通过母线电压采样电路得到待比较电压V_STA，作为比较电路的同相输入，5V输入电压通过阈值电路得到比较阈值V_CMP，作为比较电路的反向相输入，待比较电压V_STA和比较阈值V_CMP通过比较电路得到软起控制信号STARTUP，软起控制信号STARTUP通过预驱动电路，将5V电压等级的信号放大，用于驱动后面的MOS管；
电路上电后，当待比较电压V_STA低于比较阈值V_CMP，软起控制信号STARTUP为低，MOS管截止，动力电源VIN_L通过功率电阻给负载充电；当待比较电压V_STA高于比较阈值V_CMP，软起控制信号STARTUP为高，MOS管导通，动力电源VIN_L通过MOS管直接给负载供电，软起上电过程完成。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过电阻分压电路采样负载电压，经过电压比较器确定确定软起阈值并产生软起信号，由光耦放大产生MOS驱动信号，利用功率电阻和MOS的切换实现软起上电。
2.本发明通过实际电路测试，实现了感性负载的软起上电功能。软起阈值设定灵活，切换电压捕捉准确，并且大大降低了成本和电气配线的负载程度。
附图说明
图1是软起控制电路的框架示意图；
图2是软起控制电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
该发明所描述的控制电路和方法包括三部分，如图1所示，检测电路1、预驱动电路2、驱动电路4。三个电路串级相接。
1.检测电路包括母线电压采样电路11、阈值电路12和比较电路13。负载电压采样电路将负载电压VCC_LOD经过电阻分压，得到一个与负载电压成线性比例的模拟电压信号V_STA；阈值电路是将一个稳压源输出的5V电压通过电阻分压，得到一个固定电压阈值V_CMP；比较电路的核心是一支电压比较器，将被比较信号V_STA接入同相输入端，将阈值V_CMP接入反向输入端，输出信号即为启动信号STARTUP。检测电路同时将启动信号STARTUP通过电阻反馈到被比较值V_STA，形成滞回比较器，避免启动信号往复震荡。
2.预驱动电路2用于产生驱动电路的控制信号，将启动信号STARTUP通过光耦进行放大，即增大控制信号的电压，得到控制信号STARTUP_DIV。
3.驱动电路由功率电阻42和MOS管41并联组成，驱动电路两端分别连接动力电源3和负载供电5。控制信号STARTUP_DIV接入MOS管的栅极，当STARTUP_DIV信号为高时，MOS管截止，动力电源通过功率电阻给负载供电；当STARTUP_DIV信号为低时，MOS管导通，短接功率电阻，动力电源通过MOS管给负载供电。
将本发明应用于直流电机驱动器，并作为驱动器电路的一部分，如图2所示。
R1和R2分压负载VCC_LOD，得到待比较电压V_STA，C1用于滤波采样信号，D1和D2上下钳位；R3和R4分压固定5V得到比较阈值V_CMP；两组信号分别接入电压比较器U1的同向输入端和反向输入端；R5用于上拉，R6用于滞回比较反馈；电压比较器输出即软起控制信号STARTUP。软起控制信号STARTUP通过电阻R7驱动光耦U2，将5V电压等级的信号放大，用于驱动后面的MOS管。P1是外部功率电阻的接入端，MOS管Q1与功率电阻并联，分别连接动力电源VIN_L和负载VCC_LOD。
电路上电后，当待比较电压V_STA低于比较阈值V_CMP，软起信号STARTUP为低，MOS管截止，动力电源VIN_L通过功率电阻给负载VCC_LOD对应的电容充电，电压缓慢上升，上升时间T＝R*C；当待比较电压V_STA高于比较阈值V_CMP，软起信号STARTUP为反转变高，MOS管导通，动力电源VIN_L通过MOS管直接给负载VCC_LOD供电，软起上电过程完成。
本发明的软启动切换过程通过硬件自动完成；
本发明本发明软启动切换电压通过硬件自由设置；本发明本发明软启动过程时间通过硬件自由设置；本发明本发明电路外部接线简单，成本低。
Claims (7)
1.一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，包括：顺序连接的检测电路(1)、预驱动电路(2)以及驱动电路(4)；
所述检测电路包括母线电压采样电路(11)、阈值电路(12)和比较电路(13)，所述母线电压采样电路(11)连接比较电路(13)的同向输入端，所述阈值电路(12)连接比较电路(13)的反向输入端，所述比较电路(13)的输出端连接预驱动电路(2)的输入端；
所述预驱动电路(2)为光耦，光耦的输入端和输出端分别作为预驱动电路(2)的输入端和输出端；
所述驱动电路(4)包括并联的MOS管(41)和功率电阻(42)，预驱动电路(2)的输出端与MOS管(41)的栅极相连，MOS管(41)的源极和漏极之间并联有功率电阻(42)，动力电源(3)分别通过MOS管(41)和功率电阻(42)连接负载。
2.根据权利要求1所述的一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，所述母线电压采样电路(11)包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1和二极管D2，负载电压VCC_LOD依次通过电阻R1、电阻R2接地，电容C1和二极管D2分别与电阻R2并联，电阻R1和电阻R2之间的节点通过二极管D1连接5V输入电压。
3.根据权利要求1所述的一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，所述阈值电路(12)包括电阻R3和电阻R4，5V输入电压依次通过电阻R3和电阻R4接地。
4.根据权利要求1所述的一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，所述比较电路(13)包括比较器U1B、电阻R5和电阻R6，比较器U1B的同向输入端连接母线电压采样电路(11)中电阻R1和电阻R2之间的节点，比较器U1B的反向输入端连接阈值电路(12)中电阻R3和电阻R4之间的节点，比较器U1B的输出端分别通过电阻R5连接5V输入电压，通过电阻R6连接比较器U1B的同向输入端。
5.根据权利要求1所述的一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，所述预驱动电路(2)包括光耦U2、电阻R7和电阻R8，光耦U2的发光二极管阳极通过电阻R7连接比较电路(13)中比较器U1B的输出端，光耦U2的发光二极管阴极接地，光耦U2的光电三极管集电极通过电阻R8连接动力电源(3)，光耦U2的光电三极管发射极接地。
6.根据权利要求1所述的一种应用于感性负载的软启动控制电路，其特征在于，所述MOS管(41)包括MOS管Q1和电阻R9，MOS管Q1的栅极通过电阻R9连接预驱动电路(2)中光耦U2的光电三极管集电极，MOS管Q1的源极连接动力电源(3)，MOS管Q1的漏极连接负载，MOS管Q1的源极和漏极之间并联有功率电阻(42)。
7.一种应用于感性负载的软启动控制方法，其特征在于，负载电压VCC_LOD通过母线电压采样电路(11)得到待比较电压V_STA，作为比较电路(13)的同相输入，5V输入电压通过阈值电路(12)得到比较阈值V_CMP，作为比较电路(13)的反向相输入，待比较电压V_STA和比较阈值V_CMP通过比较电路(13)得到软起控制信号STARTUP，软起控制信号STARTUP通过预驱动电路(2)，将5V电压等级的信号放大，用于驱动后面的MOS管(41)；
电路上电后，当待比较电压V_STA低于比较阈值V_CMP，软起控制信号STARTUP为低，MOS管(41)截止，动力电源VIN_L通过功率电阻(42)给负载充电；当待比较电压V_STA高于比较阈值V_CMP，软起控制信号STARTUP为高，MOS管(41)导通，动力电源VIN_L通过MOS管(41)直接给负载供电，软起上电过程完成。
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