CN202276306U - 一种双通道冗余无刷直流电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种双通道冗余无刷直流电机驱动器属于电机技术领域。该实用新型包括1个控制电路、2个功率放大电路、2个逆变桥主电路、4个相电流检测电路、2个过流保护电路、2个继电保护电路；其中控制电路协调各部分的工作以及控制电机的启动、停止、调速及反向等动作，控制对象是双余度无刷直流电机；相电流检测电路主要起实时检测电机相电流的作用，经过处理后输入到控制器，对电机转速进行反馈调节；过流保护电路是在系统发生故障时能及时的对故障进行诊断及保护；继电保护电路是系统的关键部分，它利用微弱的控制信号，起到控制大电流负载的作用，能在主电路发生故障时，第一时间切断供电，提高了系统整体的可靠性及安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种舵机用双通道冗余无刷直流电机驱动器，属于电机技术领域。
背景技术
伺服作动器是飞行控制系统的执行机构，亦称舵机。它按照飞控计算机的输出指令对飞机的各操纵面进行直接(复合型舵机)或间接(轴助型舵机)控制。它由控制器，作动器等组成。按使用能源可分为：机电、电液和气动舵机三种；按被控物理量可分：位置、速度和力舵机三种。目前在飞控系统中常用的是位置式电液伺服舵机，电动式伺服舵机目前也得到迅速发展。但是电动式伺服舵机与传统的单纯机械式舵机相比，可靠性略低，当电路发生故障时，将会影响舵机的使用，危害航空安全，因此设计一个具有高可靠性的电机驱动系统是非常有必要的。
目前，电动式伺服舵机主要采用无刷直流电机，无刷直流电机采用高性能的稀土永磁材料制造，具有高速度，高效率，高动态响应，高热容量和高可靠性等优点。同时还具有低噪声和长寿命等特点。是一种新发展起来的新型电机，目前已用于多种领域，尤其在航空舵机中应用广泛。
固态继电器工作可靠，寿命长，无噪声，无火花，无电磁干扰，开关速度快，抗干扰能力强，且体积小，耐冲击，耐振荡，防爆、防潮、防腐蚀、能与TTL、DTL、HTL等逻辑电路兼容，以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。主要不足是存在通态压降(需相应散热措施)，有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。
实用新型内容
本实用新型主要针对舵机用无刷直流电机驱动器可靠性及继电保护等方面存在的问题，克服其不足之处，从提高舵机用无刷直流电机驱动器可靠性和安全性的角度出发，研制一种舵机用双通道冗余无刷直流电机驱动器及其继电器保护方案。
本实用新型提供一种舵机用双通道冗余无刷直流电机驱动器，包括1个控制电路，2个功率放大电路即下述功率放大电路A、功率放大电路B，2个逆变桥主电路即下述逆变桥主电路A、逆变桥主电路B，4个相电流检测电路即下述第一电流检测电路、第二电流检测电路、第三电流检测电路、第四电流检测电路，2个过流保护电路即下述过流保护电路A、过流保护电路B，2个继电保护电路即下述继电保护电路A、继电保护电路B；
其中，功率放大电路A和功率放大电路B的输入端分别与控制电路的控制端口相连；功率放大电路A的输出端与逆变桥主电路A的输入端相连，功率放大电路B的输出端与逆变桥主电路B的输入端相连；逆变桥主电路A和逆变桥主电路B的输出端分别连接到双余度无刷直流电机的两套绕组上即下述无刷直流电机A侧和B侧三相绕组；第一电流检测电路和第二电流检测电路的输入端连接无刷直流电机A侧三相中的任意两相上，输出端分别连接控制电路的控制端口；第三电流检测电路和第四电流检测电路的输入端连接无刷直流电机B侧三相中的任意两相上；输出端分别连接控制电路的控制端口；过流保护电路A的输入端连接无刷直流电机A侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口上；过流保护电路B的输入端连接无刷直流电机B侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口上；继电保护电路A串联到逆变桥主电路A的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口上；继电保护电路B串联到逆变桥主电路B的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口上；
控制电路是整个系统的指挥控制中心，协调各部分的工作以及控制电机的启动、停止、调速及反向等动作，控制对象是双余度无刷直流电机，即在一个电机定子内嵌放两套绕组，起到提高可靠性的目的；功率放大电路的作用是将控制器输出的控制信号隔离、放大，增加其驱动能力；逆变桥主电路主要包含功率开关器件，按顺序导通保证电机的正常工作；相电流检测电路主要起实时检测电机相电流的作用，经过处理后输入到控制器，对电机转速进行反馈调节；过流保护电路是在系统发生故障时能及时的对故障进行诊断及保护；继电保护电路是系统的关键部分，它利用微弱的控制信号，起到控制大电流负载的作用，能在主电路发生故障时，第一时间切断供电，以防对系统造成更大程度的损害，提高了系统整体的可靠性及安全性。
所述的双通道冗余无刷直流电机驱动器的继电器保护方法，其特征在于：
共有3种运行方式；第一种是余度A单独运行方式，即控制电路发出控制指令，经输出到功率放大电路A，功率放大电路将信号放大后送给逆变桥主电路A，然后连接双余度无刷直流电机的A侧三相绕组，控制电机的运行；第一电流检测电路和第二电流检测电路分别采集A侧余度三相中任意两相的相电流，然后输送回控制电路，经过转换后起到控制电机转速的目的；过流保护电路A则采集A侧余度三相中剩余一相的相电流，然后输送到控制单元，起到过流保护的作用；继电保护电路A起开关的作用，当逆变桥主电路发生故障时，能将供电电源切断，防止进一步损坏；当A余度发生故障时，控制电路发出指令，切断A余度电路，同时启动B余度电路，保证系统的正常运行；
第二种是余度B单独运行方式，即控制电路发出控制指令，经IO2输出到功率放大电路B，功率放大电路将信号放大后送给逆变桥主电路B，然后连接双余度无刷直流电机的B侧三相绕组，控制电机的运行；第三电流检测电路和第四电流检测电路分别采集B侧余度三相中任意两相的相电流，然后输送回控制电路，经过转换后起到控制电机转速的目的；过流保护电路B则采集B侧余度三相中剩余一相的相电流，然后输送到控制单元，起到过流保护的作用；继电保护电路B起开关的作用，当逆变桥主电路发生故障时，能将供电电源切断，防止进一步损坏；当B余度发生故障时，控制电路发出指令，切断B余度电路，同时启动A余度电路，保证系统的正常运行；
第三种是双余度共同运行方式，即上面所提到的两种运行方式同时运行，每一余度承担电机一半的负载，当其中任意一个余度发生故障时，控制电路自动切断该余度电路，另一余度电路不受影响，承担整个电机的负载。
本实用新型提高了舵机用无刷直流电机驱动器可靠性和安全性。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图。
图2是A余度继电保护电路。
图3是B余度继电保护电路。
图4是A余度单独运行结构图。
图5是B余度单独运行结构图。
图6是双余度同时工作结构图。
图中具体标号如下：
1.过流保护电路A
2.过流保护电路B
3.双余度无刷直流电机
4.逆变桥主电路A
5.逆变桥主电路B
6.功率放大电路A
7.功率放大电路B
8.控制电路
9.第一电流检测电路
10.第二电流检测电路
11.继电保护电路A
12.继电保护电路B
13.第三电流检测电路
14.第四电流检测电路
15.余度A
16.余度B
17.光伏隔离器PVI1050NS U1开关电路
18.光伏隔离器PVI1050NS U1
19.逆变桥主电路A
20.光伏隔离器PVI1050NS U2开关电路
21.光伏隔离器PVI1050NS U2
22.逆变桥主电路B
K1、K2.继电保护电路的控制端
DC1、DC3.光伏隔离器PVI1050NS的输入端
DC2、DC4.逆变桥主电路A、B的供电电源
Q2、Q4.N沟道POWER mos管
Q1、Q3.NPN型三极管
R1、R2、R3、R4、R5、R6.电阻
U1、U2.光伏隔离器PVI1050NS
具体实施方式
根据附图叙述本实用新型的具体实施方式。本实用新型的一种舵机用双通道冗余无刷直流电机驱动器及其继电器保护方案较佳的实施方式包括1个控制电路、2个功率放大电路(功率放大电路A、功率放大电路B)、2个逆变桥主电路(逆变桥主电路A、逆变桥主电路B)、4个相电流检测电路(第一电流检测电路、第二电流检测电路、第三电流检测电路、第四电流检测电路)、2个过流保护电路(过流保护电路A、过流保护电路B)、2个继电保护电路(继电保护电路A、继电保护电路B)；其中，功率放大电路A和功率放大电路B的输入端分别与控制电路的控制端口IO1和IO2相连；功率放大电路A的输出端与逆变桥主电路A的输入端相连，功率放大电路B的输出端与逆变桥主电路B的输入端相连；逆变桥主电路A和逆变桥主电路B的输出端分别连接到双余度无刷直流电机的两套绕组上；第一电流检测电路和第二电流检测电路的输入端连接无刷直流电机A侧三相中的任意两相上，输出端分别连接控制电路的控制端口IO3和IO4；第三电流检测电路和第四电流检测电路的输入端连接无刷直流电机B侧三相中的任意两相上；输出端分别连接控制电路的控制端口IO5和IO6；过流保护电路A的输入端连接无刷直流电机A侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口IO7上；过流保护电路B的输入端连接无刷直流电机B侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口IO8上；继电保护电路A串联到逆变桥主电路A的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口IO9上；继电保护电路B串联到逆变桥主电路B的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口IO10上。如图一连接所示。
本实用新型的较佳实施方式中，所述的A余度继电保护电路包括光伏生打隔离器PVI1050NS、N沟道POWER mos管及其附属电路，直流电源DC1接电阻R1后，作为光伏生打隔离器PVI1050NS U1的输入，Q1为NPN型三极管，与R2、R3一起组成开关电路，K1为开关电路控制端口，接控制电路；因为PVI1050NS为两个独立的光伏隔离器的集成，所以为了提高驱动后续mos管的能力，将两个独立的光伏隔离器串联起来，这样可以将输出电压升至10V左右，大大提高了驱动能力，然后接N沟道POWER mos管，起到控制N沟道POWER mos管开断的目的。当系统正常运行时，控制电路发出高电平信号K1，K1为高电平，所以三极管Q1导通，U1的输入端有电流流过，输出端输出10V左右电压，Q2导通；反之当系统非正常运行时，Q2截止，切断逆变桥主电路A供电。如图2连接所示。
本实用新型的较佳实施方式中，所述的B余度继电保护电路包括光伏生打隔离器PVI1050NS、N沟道POWER mos管及其附属电路，直流电源DC3接电阻R4后，作为光伏生打隔离器PVI1050NS U2的输入，Q3为NPN型三极管，与R5、R6一起组成开关电路，K2为开关电路控制端口，接控制电路；因为PVI1050NS为两个独立的光伏隔离器的集成，所以为了提高驱动后续mos管的能力，将两个独立的光伏隔离器串联起来，这样可以将输出电压升至10V左右，大大提高了驱动能力，然后接N沟道POWER mos管，起到控制N沟道POWER mos管开断的目的。当系统正常运行时，控制电路发出高电平信号K2，K2为高电平，所以三极管Q3导通，U2的输入端有电流流过，输出端输出10V左右电压，Q4导通；反之当系统非正常运行时，Q4截止，切断逆变桥主电路B供电。如图3连接所示。
实例一：
余度A单独运行，控制电路可采用DSP控制，DSP只通过IO1输出控制信号，输出的小功率PWM控制信号通过功率放大器件后，输出给逆变桥主电路A，然后控制电路给K1高电平，继电器保护电路A工作，给逆变桥主电路供电，第一电流检测电路和第二电流检测电路实时检测双余度无刷直流电机A侧余度三相中的任意两相电流，过流保护电路A则检测剩余一相的电流，起过流保护作用。当系统发生故障时，例如，逆变桥主电路A发生直通危险时，电机三相电流瞬间增大，过流保护电路和继电器保护电路起作用，将逆变桥主电路A供电切断，同时DSP切断IO1输出，同时启动IO2输出，系统自动切换到余度B，系统正常运行。
实例二：
余度B单独运行，控制电路可采用DSP控制，DSP只通过IO2输出控制信号，输出的小功率PWM控制信号通过功率放大器件后，输出给逆变桥主电路B，然后控制电路给K2高电平，继电器保护电路B工作，给逆变桥主电路供电，第三电流检测电路和第四电流检测电路实时检测双余度无刷直流电机B侧余度三相中的任意两相电流，过流保护电路B则检测剩余一相的电流，起过流保护作用。当系统发生故障时，例如，逆变桥主电路B发生直通危险时，电机三相电流瞬间增大，过流保护电路和继电器保护电路起作用，将逆变桥主电路B供电切断，同时DSP切断IO2输出，同时启动IO1输出，系统自动切换到余度A，系统正常运行。
实例三：
余度A、B同时运行，即系统运行在双余度状态下，控制电路可采用DSP控制，DSP通过IO1、IO2输出控制信号，输出的小功率PWM控制信号通过功率放大电路A、B后，输出给逆变桥主电路A、B，然后控制电路给K1、K2高电平，继电器保护电路A、B工作，给逆变桥主电路A、B供电，两个余度各自负担一半的负载；第一电流检测电路和第二电流检测电路实时检测双余度无刷直流电机A侧余度三相中的任意两相电流，过流保护电路A则检测剩余一相的电流；第三电流检测电路和第四电流检测电路实时检测双余度无刷直流电机B侧余度三相中的任意两相电流，过流保护电路B则检测剩余一相的电流，起过流保护作用。当系统发生故障时，例如，逆变桥主电路A发生直通危险时，电机A侧绕组电流瞬间增大，过流保护电路和继电器保护电路起作用，将逆变桥主电路A供电切断，同时DSP切断IO1输出，IO2输出不受影响，余度B正常工作，承担整个系统的负载。
Claims (1)
1.一种双通道冗余无刷直流电机驱动器，其特征在于：包括1个控制电路，2个功率放大电路即下述功率放大电路A、功率放大电路B，2个逆变桥主电路即下述逆变桥主电路A、逆变桥主电路B，4个相电流检测电路即下述第一电流检测电路、第二电流检测电路、第三电流检测电路、第四电流检测电路，2个过流保护电路即下述过流保护电路A、过流保护电路B，2个继电保护电路即下述继电保护电路A、继电保护电路B；
其中，功率放大电路A和功率放大电路B的输入端分别与控制电路的控制端口相连；功率放大电路A的输出端与逆变桥主电路A的输入端相连，功率放大电路B的输出端与逆变桥主电路B的输入端相连；逆变桥主电路A和逆变桥主电路B的输出端分别连接到双余度无刷直流电机的两套绕组上即下述无刷直流电机A侧和B侧三相绕组；第一电流检测电路和第二电流检测电路的输入端连接无刷直流电机A侧三相中的任意两相上，输出端分别连接控制电路的控制端口；第三电流检测电路和第四电流检测电路的输入端连接无刷直流电机B侧三相中的任意两相上；输出端分别连接控制电路的控制端口；过流保护电路A的输入端连接无刷直流电机A侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口上；过流保护电路B的输入端连接无刷直流电机B侧三相中剩余的一相上，输出端连接控制电路的控制端口上；继电保护电路A串联到逆变桥主电路A的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口上；继电保护电路B串联到逆变桥主电路B的供电电路中，控制端连接到控制电路的控制端口上。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355181A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-02-15 | 北京工业大学 | 一种双通道冗余无刷直流电机驱动器及其继电器保护方法 |
| CN103078294A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-01 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 无刷直流电机控制器过流保护电路 |
| CN103838230A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-04 | 南京景曜智能科技有限公司 | 一种可扩充冗余度和轴数的数字舵机控制系统及其故障切换方法 |
| CN104467564A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种冗余的直流无刷电机控制系统 |
| CN104850036A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-08-19 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 |
| CN106853868A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-06-16 | 中国航空工业第六八研究所 | 一种四余度电传控制系统的舵机启动方法 |
| CN107769649A (zh) * | 2017-10-22 | 2018-03-06 | 南京理工大学 | 基于冗余容错的超高速永磁同步电机驱动控制器 |
| CN112389639A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-23 | 中国船舶重工集团公司第七一六研究所 | 一种270v双余度大功率电动舵机 |
| WO2022166229A1 (zh) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种铁心磁路复用冗余功率驱动系统 |
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355181A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-02-15 | 北京工业大学 | 一种双通道冗余无刷直流电机驱动器及其继电器保护方法 |
| CN103078294A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-01 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 无刷直流电机控制器过流保护电路 |
| CN103078294B (zh) * | 2013-01-10 | 2016-11-23 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 无刷直流电机控制器过流保护电路 |
| CN103838230A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-04 | 南京景曜智能科技有限公司 | 一种可扩充冗余度和轴数的数字舵机控制系统及其故障切换方法 |
| CN103838230B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-04-06 | 南京景曜智能科技有限公司 | 一种可扩充冗余度和轴数的数字舵机控制系统的故障切换方法 |
| CN104467564A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种冗余的直流无刷电机控制系统 |
| CN104850036A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-08-19 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 |
| CN106853868A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-06-16 | 中国航空工业第六八研究所 | 一种四余度电传控制系统的舵机启动方法 |
| CN107769649A (zh) * | 2017-10-22 | 2018-03-06 | 南京理工大学 | 基于冗余容错的超高速永磁同步电机驱动控制器 |
| CN112389639A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-23 | 中国船舶重工集团公司第七一六研究所 | 一种270v双余度大功率电动舵机 |
| WO2022166229A1 (zh) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种铁心磁路复用冗余功率驱动系统 |
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