CN203554296U - 一种伺服驱动器电源模块及伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种伺服驱动器电源模块，其包括：用于输入直流电压的输入模块；主绕组、MOS管、与主绕组处于同一侧的供电绕组、与主绕组处于不同侧的多个输出绕组、PWM控制芯片、三极管；供电绕组一端接地另一端连接至主绕组、MOS管漏极、三极管集电极以及PWM控制芯片电压输入端；PWM控制芯片输出端连接至MOS管基极，电压输入端还与三极管发射极相连；三极管源极接入输入模块，本实用新型还包括包含有所述电源模块的伺服驱动器。本实用新型中，PWM控制芯片与MOS管构成的控制模块采用两路供电的模式，使得控制模块即使在输入电压减小或者断开后仍能保持对电路的控制。

Description

一种伺服驱动器电源模块及伺服驱动器

技术领域

本实用新型属于电气技术领域，涉及一种伺服驱动器，特别是涉及一种伺服驱动器电源模块及伺服驱动器。 

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，交流伺服控制技术达到广泛的应用。现有的伺服控制器朝着体积小、功能多的方向发展，在伺服控制器内部各种电路密集排布，对伺服控制器各类功能模块的抗电磁干扰能力提出了新的要求。 

伺服驱动器电源模块是保证伺服驱动器正常工作的重要模块，若伺服驱动器电源模块输出电流发生扰动则使得整个伺服驱动的其他功能模块均发生扰动，同时伺服驱动电源模块还会产生大量电磁干扰，影响其他功能模块的工作。因此，对伺服驱动器电源模块需做到电流输出稳定以及电磁干扰输出尽量减小的要求。 

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种电流输出稳定、输出电磁干扰较小的伺服驱动器电源模块。 

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种伺服驱动器电源模块，其包括：用于输入直流电压的输入模块；主绕组、MOS管、与主绕组处于同一侧的供电绕组、与主绕组处于不同侧的多个输出绕组、PWM控制芯片、三极管；供电绕组一端接地另一端连接至主绕组、MOS管漏极、三极管集电极以及PWM控制芯片电压输入端；PWM控制芯片输出端连接至MOS管基极，电压输 入端还与三极管发射极相连；三极管源极接入输入模块。 

直流电压输入时，主绕组磁通量增加使得输出绕组输出直流电压以给伺服驱动器其他模块供电，同时三极管基射极导通使得PWM控制芯片能够通过调节占空比以调节MOS管的导通时间从而维持输出绕组的输出电压稳定；当直流输入电压减小或断开时，次绕组磁通量比供电绕组磁通量大使得供电绕组产生感应电流供给PWM控制芯片和MOS管，维持PWM控制芯片和MOS管在工作状态。 

进一步地，还包括MOS管漏极电压保护模块，所述MOS管漏极电压保护模块与主绕组并联且与MOS管串联；所述MOS管漏极电压保护模块包括第一电容、第一稳压二极管、多个串联连接的第一电阻，第一二极管；所述第一电容、第一稳压二极管、第一电阻并联连接后与第一二极管串联连接；第一稳压二极管与第一二极管负极等电位设置，MOS管漏极与第一二极管正极相连。 

进一步地，还包括滤波模块，所述滤波模块设置于输入模块与主绕组之间，所述滤波模块包括三条并联支路，第一并联支路由第二电容构成，第二并联支路由第一电感和第二电感构成，第三并联支路由第三电阻和第四电阻构成；导线一端设置于第一电感和第二电感之间，另一端设置于第三电阻和第四电阻之间。 

进一步地，所述主绕组的电感值Lp、最大磁通密度Bp、磁芯气隙长度Lg、绕组匝数Tp通过如下公式确定： 

$\mathrm{Lp}=\frac{U^2{A}^2}{\mathrm{fP}}$

$\mathrm{Bp}=\frac{135\×\mathrm{Lp}}{I}$

$\mathrm{Tp}=\frac{U\×A}{f\×\mathrm{Bp}}$

$\mathrm{Lg}=\frac{2\mathrm{\π}\×T{p}^2\×\mathrm{Bp}}{\mathrm{Lp}}$

其中，U表述输入电压值，A表示PWM控制芯片的最大占空比 值，P表示输入功率，f表述MOS管的开关频率，I表述输入电流。 

进一步地，所述主绕组中，单根绕组线的宽度为0.3至1.5毫米，绕组线之间的间隙为0.2-0.5毫米。 

进一步地，所述第一电阻值为20-70欧姆，第一电容值为0.2至0.7微法，第二电容值为5-10皮法，第三电阻值为100-200欧姆，第四电阻值为50-70欧姆，第一电感值为0.5-1.5毫亨，第二电感值为10-25毫亨。 

本实用新型还提供一种伺服驱动器，其包括上述电源模块。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果： 

1、PWM控制芯片与MOS管构成的控制模块与主绕组通过三极管隔开，使得主绕组对控制模块的电磁干扰减小； 

2、PWM控制芯片与MOS管构成的控制模块采用两路供电的模式，使得控制模块即使在输入电压减小或者断开后仍能保持对电路的控制； 

3、在主绕组上并联MOS管漏极电压保护模块，当输出绕组对主绕组产生反向感应电流时，该反向感应电流能够被MOS管漏极电压保护模块吸收，从而反正该反向感应电流影响MOS管； 

4、采用具体公式设计主绕组的各项参数，使得主绕组工作效率更高、产生电磁干扰的可能性更小、输出功率更高； 

5、具体设计电路中的各项参数值，使得电路整体运行效率更高、输出电压更加稳定、电磁兼容性更好。 

附图说明

图1是本实用新型的电路原理示意图。 

图2是本实用新型具体电路示意图。 

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型 的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。 

如图1所示，本实用新型伺服驱动器电源模块，包括用于输入直流电压的输入模块10、主绕组20、MOS管30、与主绕组处于同一侧的供电绕组40、与主绕组处于不同侧的多个输出绕组50、PWM控制芯片60、三极管70。 

主绕组20接入输入模块10，多个输出绕组50和主绕组20构成变压器，用于将输入直流电压变压后输出至伺服驱动器的其他模块。 

供电绕组40与主绕组20处于同一侧，供电绕组40一端接地，另一端连接至主绕组20、MOS管30漏极、三极管70集电极以及PWM控制芯片60电压输入端。 

三极管70源极接入输入模块10、发射极接入PWM控制芯片60电压输入端。 

PWM控制芯片60输出端接至MOS管30基极。 

直流电压输入后，主绕组20和输出绕组50构成的变压器工作，同时三极管基射极导通使得PWM控制芯片能够通过调节占空比以调节MOS管的导通时间从而维持输出绕组的输出电压稳定；当直流电压输入降低或者断开后，输出绕组50和供电绕组40构成变压器，电流再次反馈给PWM控制芯片和MOS管，并且由于三极管不再处于导通状态，使得电流不会传送至主绕组。PWM控制芯片的电压在直流输入电压断开后仍可保持，待下次直流输入电压输入时，PWM控制芯片再次开始由输入电压供电，供电绕组储能。 

在本实用新型中，当电路处于正常工作状态时，PWM控制芯片和MOS管构成的控制模块能够正常的对输出绕组输出的电压进行调节，当电路不处于正常工作状态时，由于三极管以及供电绕组的设置使得PWM控制芯片和MOS管构成的控制模块依然能够正常工作，同时三极管还起到电路隔离的作用，使得主绕组和PWM 控制芯片隔开，减小主绕组对PWM控制芯片的电磁干扰。 

请参照图2，优选地，本实用新型还包括滤波模块80，所述滤波模块80设置于输入模块10与主绕组20之间，所述滤波模块80包括三条并联支路，第一并联支路由第二电容C2构成，第二并联支路由第一电感L1和第二电感L2构成，第三并联支路由第三电阻R3和第四电阻R4构成；导线801一端设置于第一电感L1和第二电感L2之间，另一端设置于第三电阻R3和第四电阻R4之间。 

采用上述电路连接的滤波模块对直流输入电压滤波效果更好。 

优选地，本实用新型还包括MOS管漏极电压保护模块90，所述MOS管漏极电压保护模块90与主绕组20并联且与MOS管30串联；所述MOS管漏极电压保护模块90包括第一电容C1、第一稳压二极管W1、多个串联连接的第一电阻R1，第一二极管D1；所述第一电容C1、第一稳压二极管W1、第一电阻R1并联连接后与第一二极管D1串联连接；第一稳压二极管W1与第一二极管D1负极等电位设置，MOS管30漏极与第一二极管D1正极相连。 

当直流输入电压降低或者断开后，输出绕组50不仅与供电绕组40构成变压器，使得供电绕组40能够继续对PWM控制芯片和MOS管供电，还使得主绕组20上也产生反激电流。为了使得反激电流不影响MOS管电压，MOS管漏极电压保护模块90将该反激电流吸收消耗。 

在本实用新型的电源模块中，主绕组20的性能参数对整个电路的运行效率、电磁兼容性有较大的影响。主绕组20的电感值Lp、最大磁通密度Bp、磁芯气隙长度Lg、绕组匝数Tp则直接影响主绕组20的性能。本申请中，通过如下经验公式，确定主绕组20的电感值Lp、最大磁通密度Bp、磁芯气隙长度Lg和绕组匝数Tp，使得主绕组20具有良好的性能： 

$\mathrm{Lp}=\frac{U^2{A}^2}{\mathrm{fP}}$

$\mathrm{Bp}=\frac{135\×\mathrm{Lp}}{I}$

$\mathrm{Tp}=\frac{U\×A}{f\×\mathrm{Bp}}$

$\mathrm{Lg}=\frac{2\mathrm{\π}\×T{p}^2\×\mathrm{Bp}}{\mathrm{Lp}}$

其中，U表述输入电压值，A表示PWM控制芯片的最大占空比值，P表示输入功率，f表述MOS管的开关频率，I表述输入电流。 

更为优选地，构成主绕组20的绕组线的宽度、绕组线之间的间距也是影响主绕组性能和电磁兼容性的重要参数，本申请中，主绕组20的单根绕组线的宽度优选为0.3至1.5毫米，绕组线之间的间隙优选为0.2-0.5毫米。 

为了使得电源模块整体的工作效率更高、电磁兼容性更好，本申请还具体限定了电路中其他元器件的如下具体参数取值范围，通过该些元器件的配合使得电源模块性能更佳：所述第一电阻值为20-70欧姆，第一电容值为0.2至0.7微法，第二电容值为5-10皮法，第三电阻值为100-200欧姆，第四电阻值为50-70欧姆，第一电感值为0.5-1.5毫亨，第二电感值为10-25毫亨。 

本实用新型还提供一种伺服驱动器，其包括上述电源模块。由上述电源模块给伺服驱动器的其他模块供电，电源模块的输出电压稳定、输出电磁干扰小，使得伺服驱动器能够平稳和高精度的运行。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (7)

1.一种伺服驱动器电源模块，其特征在于：包括：用于输入直流电压的输入模块；主绕组、MOS管、与主绕组处于同一侧的供电绕组、与主绕组处于不同侧的多个输出绕组、PWM控制芯片、三极管；供电绕组一端接地另一端连接至主绕组、MOS管漏极、三极管集电极以及PWM控制芯片电压输入端；PWM控制芯片输出端连接至MOS管基极，电压输入端还与三极管发射极相连；三极管源极接入输入模块。 

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器电源模块，其特征在于：还包括MOS管漏极电压保护模块，所述MOS管漏极电压保护模块与主绕组并联且与MOS管串联；所述MOS管漏极电压保护模块包括第一电容、第一稳压二极管、多个串联连接的第一电阻，第一二极管；所述第一电容、第一稳压二极管、第一电阻并联连接后与第一二极管串联连接；第一稳压二极管与第一二极管负极等电位设置，MOS管漏极与第一二极管正极相连。 

3.根据权利要求2所述的伺服驱动器电源模块，其特征在于：还包括滤波模块，所述滤波模块设置于输入模块与主绕组之间，所述滤波模块包括三条并联支路，第一并联支路由第二电容构成，第二并联支路由第一电感和第二电感构成，第三并联支路由第三电阻和第四电阻构成；导线一端设置于第一电感和第二电感之间，另一端设置于第三电阻和第四电阻之间。 

4.根据权利要求3所述的伺服驱动器电源模块，其特征在于：所述主绕组的电感值Lp、最大磁通密度Bp、磁芯气隙长度Lg、绕组匝数Tp通过如下公式确定： 

其中，U表述输入电压值，A表示PWM控制芯片的最大占空比值，P表示输入功率，f表述MOS管的开关频率，I表述输入电流。 

5.根据权利要求4所述的伺服驱动器电源模块，其特征在于：所述主绕组中，单根绕组线的宽度为0.3至1.5毫米，绕组线之间的间隙为0.2-0.5毫米。 

6.根据权利要求5所述的伺服驱动器电源模块，其特征在于：所述第一电阻值为20-70欧姆，第一电容值为0.2至0.7微法，第二电容值为5-10皮法，第三电阻值为100-200欧姆，第四电阻值为50-70欧姆，第一电感值为0.5-1.5毫亨，第二电感值为10-25毫亨。 

7.一种伺服驱动器，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的伺服驱动器电源模块。 

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