CN202107414U - 电梯门机用控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电梯门机用控制器，包括相互电连接的电源模块和工作模块，电源模块用于为工作模块提供工作电源；工作模块包括强电侧电路和弱电侧电路，强电电源供给强电侧电路，用户电源供给弱电侧电路，弱电侧电路包括用户接口单元、编码器电路，强电侧电路包括数字信号处理器、逆变单元以及电流检测单元，工作模块还包括隔离单元；数字信号处理器连接开关电源、逆变单元、编码器电路、电流检测单元以及隔离单元，用户接口单元连接隔离单元和开关电源。本实用新型将主控芯片设置在强电侧电路中，主控芯片输出的脉冲信号直接供给逆变单元，不需要隔离，简化了开关电源电路、电流检测电路及PWM驱动电路的设计，降低了成本。

Description

电梯门机用控制器

【技术领域】

本实用新型涉及升降机，尤其涉及一种电梯门机用控制器。

【背景技术】

电梯门机的应用方案，目前业界存在许多种：从应用的电机看，有直流电机、交流异步电机和永磁同步电机；从变频器看，有通用变频器和门机专用控制器。用通用变频器做门机驱动，不但成本高，而且开、关门曲线及保护等功能也不够全面；而门机专用控制器大多电路构成较复杂、成本较高。因此一种新型的高性能、低成本、高可靠性，能同时控制异步电机和永磁同步电机的门机专用控制器具有重要的现实意义。

【实用新型内容】

为了解决传统的控制器电路构成较复杂、成本较高的问题，有必要提供一种电路结构较简单、成本较低的电梯门机用控制器。

一种电梯门机用控制器，包括相互电连接的电源模块和工作模块，所述电源模块用于为工作模块提供工作电源，所述电源模块包括整流单元、滤波储能单元以及开关电源，所述整流单元用于将输入的交流电整流成直流电并通过直流母线输出，所述滤波储能单元接于所述直流母线的正负极线之间对直流电进行滤波，所述开关电源接收滤波后的直流电并进行电压调整，输出强电电源和用户电源；所述工作模块包括强电侧电路和弱电侧电路，所述强电电源供给所述强电侧电路，所述用户电源供给所述弱电侧电路，所述弱电侧电路包括用户接口单元和编码器电路；所述工作模块还包括隔离单元，所述强电侧电路包括数字信号处理器、逆变单元以及电流检测单元，所述数字信号处理器连接开关电源、逆变单元、编码器电路、电流检测单元以及隔离单元，所述用户接口单元连接所述隔离单元和开关电源；所述数字信号处理器根据编码器电路输出的转速编码信号以及电流检测单元输出的电流信号进行转速、电流闭环控制以及脉宽调制，输出脉冲信号给所述逆变单元；所述逆变单元根据所述脉冲信号将直流母线的电压进行逆变，输出驱动电机工作的三相交流电；所述编码器电路用于检测所述电机的转速，并相应得到转速编码信号发送给所述数字信号处理器；所述电流检测单元用于检测所述三相交流电的电流，并相应得到电流信号发送给所述数字信号处理器；所述隔离单元用于实现强电侧电路与弱电侧电路间的电气隔离。

优选的，所述逆变单元包括三组IGBT桥，每一组IGBT桥包括两个相互串接的绝缘栅双极型晶体管，每个所述绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间接有续流二极管，所述续流二极管的正极接发射极、负极接集电极。

优选的，所述每一组IGBT桥与直流母线的负极线相连的一端与负极线之间均接有分流器。

优选的，所述逆变单元还包括用于升压的自举电容和自举二极管，所述每一组IGBT桥与一个自举电容相配合。

优选的，所述直流母线的正极线在接入开关电源的接点与接入逆变单元的接点之间接有母线分流器。

优选的，所述滤波储能单元包括串联于直流母线的正负极线之间的第一电容和第二电容，以及串联于直流母线的正负极线之间的第一分压电阻和第二分压电阻，且所述第一电容连接第二电容的一端与第一分压电阻连接第二分压电阻的一端相连。

优选的，所述用户接口单元包括用户输入/输出接口、RS485接口以及控制器局域网接口。

优选的，所述RS485接口通过操作器电缆与操作器连接，用于与操作器进行通讯。

上述电梯门机用控制器将主控芯片(即数字信号处理器)设置在强电侧电路中，数字信号处理器输出的脉冲信号直接供给逆变单元，不需要采用光电耦合器进行隔离，因此相对于传统技术可以简化开关电源、电流检测单元及PWM驱动电路的设计，降低了电梯门机用控制器的成本。

【附图说明】

图1是一实施例中电梯门机用控制器的结构示意图；

图2是一实施例中电梯门机用控制器的电路原理示意图；

图3是传统的单相220V交流输入的直流母线电容放置电路原理图；

图4是一种传统的电流检测技术的电路原理图；

图5是另一种传统的电流检测技术的电路原理图；

图6是一种传统的操作器与门机专用控制器的结构关系图；

图7是一实施例中电梯门机用控制器与操作器的结构关系图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

图1是一实施例中电梯门机用控制器的结构示意图，包括相互电连接的电源模块100和工作模块200。电源模块100用于为工作模块200提供工作电源。电源模块100包括整流单元110、滤波储能单元120以及开关电源130。整流单元110用于将输入的单相220V交流电整流成直流电并通过直流母线输出给下一级，滤波储能单元120接于直流母线的正负极线之间对直流电进行滤波，开关电源130接收滤波后的直流电并进行电压调整，采用单端反激变换技术得到强电电源和用户电源并输出。

工作模块200包括强电侧电路和弱电侧电路，强电电源供给强电侧电路，用户电源供给弱电侧电路。弱电侧电路包括用户接口单元250和编码器电路230。

工作模块200还包括隔离单元260，强电侧电路包括数字信号处理器(DigitalSignal Processing，DSP)210、逆变单元220以及电流检测单元240，数字信号处理器210连接开关电源130、逆变单元220、编码器电路230、电流检测单元240以及隔离单元260。用户接口单元250连接隔离单元260和开关电源130。

编码器电路230用于检测电机的转速，并相应得到转速编码信号发送给数字信号处理器210，进行速度闭环控制。编码器电路230内部包含有光电耦合器，隔离之后将转速编码信号送到数字信号处理器210。

电流检测单元240用于检测三相电的电流，并相应得到电流信号发送给数字信号处理器210，进行电流闭环控制。

数字信号处理器210根据编码器电路230输出的转速编码信号以及电流检测单元240输出的电流信号进行转速、电流闭环控制，之后进行脉宽调制(PWM)，输出脉冲信号给逆变单元220。在本实施例中，数字信号处理器210采用德州仪器公司(TI)的TMS320F28035。

电流闭环控制和速度闭环控制保证了优异的电机控制性能。数字信号处理器210将检测到的电流信号进行坐标变换，运用磁场定向技术，将电流分解成励磁电流和转矩电流，从而达到对电机的解耦控制，保证了电机控制优异的动、静态性能。数字信号处理器210经过速度闭环控制和电流闭环控制并进行空间矢量脉冲宽度调制后，得到逆变单元220的六个绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)的开通、关断信号并输出给逆变单元220。

逆变单元220根据脉冲信号将直流母线的电压进行逆变，输出驱动电机工作的三相交流电。

隔离单元260用于实现强电侧电路与弱电侧电路间的电气隔离，在本实施例中，隔离单元260采用光电耦合器。此处的隔离是安规上的概念，变频器电路从电压分可以分为强电侧电路和弱电侧电路，强电侧电路是指和交流电网电源连接的电路，弱电侧电路是指通过隔离电路和强电侧电路实现电气隔离并且电压在安全电压以内的电路。传统的隔离方案是将主控芯片(DSP、MCU等)放在弱电侧电路中，通过在主控芯片与逆变电路之间，以及电流检测电路上加隔离电路来实现强、弱电的隔离。而本实施例中将数字信号处理器210放在强电侧电路中，不隔离方案在电路中体现为：数字信号处理器210的电源地和直流母线的负极线是公共的。数字信号处理器210输出的脉冲信号直接供给逆变单元220，不需要采用光电耦合器进行隔离。开关电源130输出的强电电源和用户电源通过变压器隔离。用户接口单元250通过光电耦合器隔离后和数字信号处理器210进行信息交换。由于数字信号处理器210输出的脉冲信号与逆变单元220之间不需要光电耦合器隔离(比传统技术少一处隔离)，因此相对于传统技术简化了开关电源、电流检测单元及PWM驱动电路的设计，降低了电梯门机用控制器的成本。

图2是一实施例中电梯门机用控制器的电路原理示意图。在本实施例中整流单元采用全波整流桥U1。滤波储能单元包括串联于直流母线的正极线(DCBus+)和负极线(DCBus-)之间的第一电容C1和第二电容C2，以及串联于直流母线的正负极线之间的第一分压电阻R5和第二分压电阻R6，且第一电容C1连接第二电容C2的一端与第一分压电阻R1连接第二分压电阻R2的一端相连。电梯门机用控制器在直流母线电容的放置上也区别于传统的220V交流输入的通用变频器或者门机专用控制器。图3是传统的单相220V交流输入的直流母线电容放置电路原理图，可以看到其是将电容接于直流母线的正极线和负极线之间，且为了提高电容容量，可以将至少两个电容并联接于直流母线的正极线和负极线之间(图3中的右图为将两个电容并联)。而图2所示实施例通过两个分压电阻进行分压，若两电阻阻值相等，则每个电容只承受母线电压值的一半。通过串联电容(和电阻)的方式，电容由于过电压冲击损坏的概率大大降低，提升了产品的可靠性。类似的，在其他实施例中，亦可以采用大于两个电容/电阻串联的方式，将电容相互串联、电阻也相互串联接于直流母线正负极线之间，每个电容有一个想匹配的电阻，他们的两端相互连接(即电阻的一端与相匹配的电容的一端连接、另一端与电容的另一端连接)。

如图2示意的那样，在该实施例中逆变单元220包括三组IGBT桥，每一组IGBT桥包括两个相互串接的绝缘栅双极型晶体管(TR1～TR6共6个)，每个绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间接有续流二极管，续流二极管的正极接发射极、负极接集电极。每一组IGBT桥与直流母线的负极线相连的一端与负极线之间接有一个分流器，即第一分流器R1、第二分流器R2和第三分流器R3。电流检测单元240是普通运算放大器，在三个分流器的配合下共同实现对电流的检测。而传统的实现电流检测的方式包括在输出侧用霍尔传感器来实现电流的检测(如图4所示)，或者在输出侧串入分流器和后级隔离放大电路一起实现电流检测(如图5所示)。本电梯门机用控制器用分流器和普通运算放大器一并进行电流检测，在保证电流检测精度的同时，电路成本相对于传统技术得到了降低。在其他实施例中，逆变单元220中的绝缘栅双极型晶体管的数量也可以与本实施例不同。

在本实施例中，直流母线的正极线在接入开关电源130的接点与接入逆变单元220的接点之间接有母线分流器R4。

在本实施例中，开关电源130输出两路用户电源和两路强电电源。该实施例中逆变单元220包括六个绝缘栅双极型晶体管、六个续流二极管，还集成了栅极驱动器和自举二极管，只需要配置合适的自举电容就可以只用一路电源满足六个绝缘栅双极型晶体管驱动电源的需求，这样就大大简化了开关电源130的设计，简化电路、降低电路成本。逆变单元220可以采用美国国际整流器公司(IR)的IRAMS06UP60A、韩国LS集团(LS Power Semitech Co.，Ltd)的IKCS12F60F2A等。

如图2所示，用户接口单元250包括用户输入/输出接口、RS485接口以及控制器局域网(Controller Area Network，CAN)接口。RS485接口可以用于与操作器的连接，也可以与上位控制系统连接，实现信息交换、构成一个控制系统。电梯控制系统中常用CAN通讯作为系统集成方式，电梯门机用控制器具备了CAN通讯能力，便于与整个电梯控制系统集成。

图6是一种传统的操作器与门机专用控制器的结构关系图。操作器是发出操作命令、参数设置及显示参数和状态的单元组件。目前市场上通用变频器和门机专用控制器都是将操作器集成在变频器或者是控制器内部。图7是一实施例中电梯门机用控制器与操作器的结构关系图。操作器300采用外置方式，与电梯门机用控制器相独立。在需要使用的时候用操作器电缆将操作器300和电梯门机用控制器连接起来，通过RS485接口实现操作器300和电梯门机用控制器之间的通讯，完成操作器功能。

电梯门机用控制器一般只有在调试人员调试的时候才需要操作器进行参数设置、运行控制和状态监视，平时并不需要使用操作器。采用上述操作器外置的结构，一个操作器就可以用于多个控制器，节省了系统成本。操作器300还专门设计了参数上传和下载功能，对于相似的门机系统可以批量进行参数设置，例如门机系统A，门机系统B和操作器C，在实际应用中可以将门机系统A调试好的参数上传到操作器C中，再将操作器C中的参数下载到门机系统B中，这样就大大简化了调试过程。

上述电梯门机用控制器将数字信号处理器设置在强电侧电路中，简化了电路，提高了可靠性，降低了控制器成本。通过母线电容串联的方法，母线电容由于过电压冲击损坏的概率大大降低，提升了产品的可靠性。分流器和普通运算放大器一并进行电流检测，在保证电流检测精度的同时，降低了控制器成本。带自举二极管的逆变单元的采用，减少了逆变单元所需电源输入的数量，简化了驱动电路的设计，降低了控制器成本。将操作器独立的做法，节省了系统成本，操作器参数上传和下载功能简化了系统调试过程。同时配备RS485接口和CAN接口，丰富的通讯功能便于与整个系统的集成。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电梯门机用控制器，包括相互电连接的电源模块和工作模块，

所述电源模块用于为工作模块提供工作电源，所述电源模块包括整流单元、滤波储能单元以及开关电源，所述整流单元用于将输入的交流电整流成直流电并通过直流母线进行输出，所述滤波储能单元接于所述直流母线的正负极线之间对直流电进行滤波，所述开关电源接收滤波后的直流电并进行电压调整，输出强电电源和用户电源；其特征在于，

所述工作模块包括强电侧电路和弱电侧电路，所述强电电源供给所述强电侧电路，所述用户电源供给所述弱电侧电路，所述弱电侧电路包括用户接口单元和编码器电路；

所述工作模块还包括隔离单元，所述强电侧电路包括数字信号处理器、逆变单元以及电流检测单元，所述数字信号处理器连接开关电源、逆变单元、编码器电路、电流检测单元以及隔离单元，所述用户接口单元连接所述隔离单元和开关电源；

所述数字信号处理器根据编码器电路输出的转速编码信号以及电流检测单元输出的电流信号进行转速、电流闭环控制以及脉宽调制，输出脉冲信号给所述逆变单元；

所述逆变单元根据所述脉冲信号将直流母线的电压进行逆变，输出驱动电机工作的三相交流电；

所述编码器电路用于检测所述电机的转速，并相应得到转速编码信号发送给所述数字信号处理器；

所述电流检测单元用于检测所述三相交流电的电流，并相应得到电流信号发送给所述数字信号处理器；

所述隔离单元用于实现强电侧电路与弱电侧电路间的电气隔离。

2.根据权利要求1所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述逆变单元包括三组IGBT桥，每一组IGBT桥包括两个相互串接的绝缘栅双极型晶体管，每个所述绝缘栅双极型晶体管的集电极和发射极之间接有续流二极管，所述续流二极管的正极接发射极、负极接集电极。

3.根据权利要求2所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述每一组IGBT桥与直流母线的负极线相连的一端与负极线之间均接有分流器。

4.根据权利要求2所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述逆变单元还包括用于升压的自举电容和自举二极管，所述每一组IGBT桥与一个自举电容相配合。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述直流母线的正极线在接入开关电源的接点与接入逆变单元的接点之间接有母线分流器。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述滤波储能单元包括串联于直流母线的正负极线之间的第一电容和第二电容，以及串联于直流母线的正负极线之间的第一分压电阻和第二分压电阻，且所述第一电容连接第二电容的一端与第一分压电阻连接第二分压电阻的一端相连。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述用户接口单元包括用户输入/输出接口、RS485接口以及控制器局域网接口。

8.根据权利要求7所述的电梯门机用控制器，其特征在于，所述RS485接口通过操作器电缆与操作器连接，用于与操作器进行通讯。

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