CN206421189U - 电路板及伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体而言，涉及一种电路板及伺服驱动器。所述电路板包括控制部分和功率部分。所述控制部分包括微控制单元、控制信号电路、编码通信电路、现场可编程门阵列控制器和控制电源。所述功率部分包括功率模块、共母线端子、功率驱动电源电路、电流采集隔离电路和驱动隔离电路。所述伺服驱动器包括电源板以及至少一个所述电路板，所述电源板与所述电路板的共母线端子连接。本实用新型实施例提供的电路板及伺服驱动器，通过将控制部分和功率部分集成到同一电路板，并且在所述功率部分设置共母线端子和功率驱动电源电路，实现了单体驱动器和共母线连接驱动器电路板的良好兼容。

Description

电路板及伺服驱动器

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体而言，涉及一种电路板及伺服驱动器。

背景技术

伺服驱动器是用来控制伺服电机(伺服马达)的一种器件，一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。从结构上看，伺服驱动器和变频器差不多，但对元器件的精度和可靠性要求更高。现有伺服驱动器不能兼容单体驱动器和共母线连接驱动器电路板，或不能实现单体驱动器和共母线连接驱动器电路板的良好兼容，并且大多数驱动器都以单体驱动器为特长，遇到需要多驱动器同时使用的客户，需要购买多个单体驱动器，成本较高，价格昂贵。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电路板及伺服驱动器，以解决上述问题。

本实用新型实施例提供的电路板，包括裸板、产生控制信号的控制部分，以及将所述控制部分产生的控制信号放大以控制伺服电机工作状态的功率部分，所述控制部分和功率部分设置于所述裸板；

所述控制部分包括向所述功率部分发送控制信号的微控制单元，向所述微控制单元输入控制指令信号的控制信号电路，采集伺服电机编码器产生的编码信号的编码通信电路，获取编码通信电路采集的编码信号，根据所述编码信号生成参考控制信号，并将所述参考控制信号发送至所述微控制单元的现场可编程门阵列控制器，以及为所述微控制单元和现场可编程门阵列控制器提供工作电能的控制电源，所述控制信号电路和现场可编程门阵列控制器分别与所述微控制单元连接，所述编码通信电路与所述现场可编程门阵列控制器连接，所述控制电源分别与所述微控制单元和现场可编程门阵列控制器连接；

所述功率部分包括接收所述控制信号并对所述控制信号进行放大的功率模块，通过外接电源为所述功率模块提供电能的共母线端子，对从所述共母线端子输入的电源信号进行降压的功率驱动电源电路，采集所述功率模块的电流信号并对所述控制部分的弱电流和所述功率部分的强电流进行隔离的电流采集隔离电路，以及对所述控制部分的弱电流和所述功率部分的强电流进行隔离的驱动隔离电路，所述共母线端子、功率驱动电源电路、电流采集隔离电路和驱动隔离电路分别与所述功率模块连接，所述功率驱动电源电路还与所述共母线端子连接，所述电流采集隔离电路和驱动隔离电路分别与所述微控制单元连接；

所述控制信号电路和编码通信电路设置于所述裸板的一侧，所述共母线端子设置于所述裸板的另一侧。

进一步地，所述控制部分还包括对所述电流采集隔离电路采集的电流信号进行滤波和放大处理并将处理后的电流信号发送至微控制单元的模拟量处理电路，所述微控制单元和电流采集隔离电路通过所述模拟量处理电路连接。

进一步地，所述功率部分还包括与伺服电机连接以向伺服电机发送控制信号的电机输出端子，所述电机输出端子与所述电流采集隔离电路连接，所述电机输出端子设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

进一步地，所述控制部分还包括显示面板，所述显示面板与所述现场可编程门阵列控制器连接，所述显示面板设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

进一步地，所述控制部分还包括通信端子和调试接口，所述通信端子和调试接口分别与所述微控制单元连接，所述通信端子和调试接口设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

进一步地，所述控制部分还包括用于底层安全防护的安全转矩关断电路，所述安全转矩关断电路包括安全转矩关断处理电路和与所述安全转矩关断处理电路连接的安全转矩关断端子，所述安全转矩关断电路与所述驱动隔离电路连接，所述安全转矩关断端子设置于所述裸板与设置有所述共母线端子的一侧相对的一侧。

进一步地，所述功率部分还包括采集所述功率模块的电压信号和电流信号，并将采集的所述功率模块的电压信号和电流信号发送至所述微控制单元的保护隔离电路，所述保护隔离电路与所述微控制单元、功率模块和功率驱动电源电路连接。

本实用新型实施例还提供了一种伺服驱动器，包括电源板以及至少一个上述电路板，所述电源板与所述电路板的共母线端子连接。

进一步地，所述伺服驱动器包括电源板以及多个所述电路板，所述电源板分别与多个所述电路板的共母线端子连接。

进一步地，所述伺服驱动器还包括至少一个散热器，所述至少一个散热器与所述电路板一一对应且设置于所述电路板侧面。

本实用新型实施例提供的电路板及伺服驱动器，通过将控制部分和功率部分集成到同一电路板，并且在所述功率部分设置共母线端子和功率驱动电源电路，实现了单体驱动器和共母线连接驱动器电路板的良好兼容。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电路板的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的电路板的另一种结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的一种伺服驱动器的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的伺服驱动器的另一种结构示意图。

图标：10-伺服驱动器；100-电路板；120-裸板；140-控制部分；141-微控制单元；142-控制信号电路；1421-控制信号输入输出电路；1422-输入输出控制端子；143-编码通信电路；1431-编码器处理电路；1432-编码器输入端子；144-现场可编程门阵列控制器；145-控制电源；146-模拟量处理电路；147-显示面板；148-通信端子；149-调试接口；150-安全转矩关断电路；1501-安全转矩关断处理电路；1502-安全转矩关断端子；160-功率部分；161-功率模块；162-共母线端子；163-功率驱动电源电路；164-电流采集隔离电路；165-驱动隔离电路；166-电机输出端子；167-保护隔离电路；200-电源板；300-散热器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种电路板100，所述电路板100包括裸板120、产生控制信号的控制部分140，以及将所述控制部分140产生的控制信号放大以控制伺服电机工作状态的功率部分160。所述控制部分140和功率部分160设置于所述裸板120。本实施例中，所述控制部分140设置于所述裸板120的右下角。所述功率部分160设置于所述裸板120的除用于设置所述控制部分140以外的其他部分，所述功率部分160的在所述裸板120上的分布大体呈“┌”形。

请参阅图2，本实施例中，所述控制部分140包括向所述功率部分160发送控制信号的微控制器单元141(Microcontroller Unit，MCU)，向所述MCU141输入控制指令信号的控制信号电路142，采集伺服电机编码器产生的编码信号的编码通信电路143，获取编码通信电路143采集的编码信号，根据所述编码信号生成参考控制信号，并将所述参考控制信号发送至所述MCU141的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)控制器144，以及为所述MCU141和FPGA控制器144提供工作电能的控制电源145。

所述控制信号电路142和FPGA控制器144分别与所述MCU141连接，所述编码通信电路143与所述FPGA控制器144连接，所述控制电源145分别与所述MCU141和FPGA控制器144连接。

为了实现良好的整机布局，同时，为了保证用户连接线路的方便性，可选地，所述控制信号电路142和编码通信电路143设置于所述裸板120的一侧。本实施例中，所述控制信号电路142包括控制信号输入输出电路1421和与所述控制信号输入输出电路1421连接的输入输出控制端子1422。所述控制信号输入输出电路1421与所述MCU141连接。所述编码通信电路143包括编码器处理电路1431和与所述编码器处理电路1431连接的编码器输入端子1432。所述编码器处理电路1431与所述MCU141连接。具体地，本实施例中，所述输入输出控制端子1422和编码器输入端子1432设置于所述裸板120的一侧且靠近所述裸板120的边缘处以进一步增强用户连接线路的方便性，并且所述输入输出控制端子1422的端口和编码器输入端子1432的端口均朝向远离所述裸板120的一侧。

可选地，所述控制部分140还包括对所述电流采集隔离电路164采集的电流信号进行滤波和放大处理并将处理后的电流信号发送至MCU141的模拟量处理电路146，所述MCU141和电流采集隔离电路164通过所述模拟量处理电路146连接。

可选地，所述控制部分140还包括显示面板147，所述显示面板147与所述FPGA控制器144连接，所述显示面板147设置于所述裸板120设置有所述控制信号电路142和编码通信电路143的一侧且靠近所述裸板120的边缘处。

可选地，所述控制部分140还包括通信端子148和调试接口149，所述通信端子148和调试接口149分别与所述MCU141连接。为了保证用户连接线路的方便性，所述通信端子148和调试接口149设置于所述裸板120设置有所述控制信号电路142和编码通信电路143的一侧。本实施例中，所述通信端子148的端口和调试接口149的端口均朝向远离所述裸板120的一侧。

可选地，控制部分140还包括用于底层安全防护的安全转矩关断电路150。所述安全转矩关断电路150包括安全转矩关断处理电路1501和与所述安全转矩关断处理电路1501连接的安全转矩关断处端子1502。所述安全转矩关断电路150与所述驱动隔离电路165连接。为了保证用户连接线路的方便性，所述安全转矩关断处端子1502设置于所述裸板120与设置有所述共母线端子的一侧相对的一侧，并且所述安全转矩关断处端子1502的端口朝向远离所述裸板120的一侧。

本实施例中，所述功率部分160包括接收所述控制信号并对所述控制信号进行放大的功率模块161，通过外接电源为所述功率模块161提供电能的共母线端子，对从所述共母线端子输入的电源信号进行降压的功率驱动电源电路163，采集所述功率模块161的电流信号并对所述控制部分140的弱电流和所述功率部分160的强电流进行隔离的电流采集隔离电路164，以及对所述控制部分140的弱电流和所述功率部分160的强电流进行隔离的驱动隔离电路165。本实施例中，设置所述功率驱动电源电路163能够将所述共母线端子输入的电源信号进行降压以将输出的电源电压转换为所述功率模块161低压用电元件适用的电源电压等级，而无需依靠其他电源模块，便于扩展组合。

所述共母线端子、功率驱动电源电路163、电流采集隔离电路164和驱动隔离电路165分别与所述功率模块161连接，所述功率驱动电源电路163还与所述共母线端子连接，所述电流采集隔离电路164和驱动隔离电路165分别与所述MCU141连接。

同样，为了实现良好的整机布局，同时，为了保证用户连接线路的方便性，本实施例中，所述共母线端子设置于所述裸板120的与设置有所述控制信号电路142和编码通信电路143的一侧相邻的一侧，并且所述共母线端子的端口朝向远离所述裸板120的一侧。

可选地，所述功率部分160还包括与伺服电机连接以向伺服电机发送控制信号的电机输出端子166。所述电机输出端子166与所述电流采集隔离电路164连接。为了保证用户连接线路的方便性，所述电机输出端子166设置于所述裸板120设置有所述控制信号电路142和编码通信电路143的一侧，并且所述电机输出端子166的端口朝向远离所述裸板120的一侧。

可选地，所述功率部分160还包括采集所述功率模块161的电压信号和电流信号，并将采集的所述功率模块161的电压信号和电流信号发送至所述MCU141的保护隔离电路167，所述保护隔离电路167与所述MCU141、功率模块161和功率驱动电源电路163连接。

通过上述电路板100的合理的布局，最大化地减少各模块或各元件之间的耦合，当所述功率部分160需要进行功率升级时，可不要对所述控制部分140进行改动，而只需要改动所述功率部分160的部分电路即可。

请参阅图3和图4，本实用新型实施例还提供了一种伺服驱动器10，所述伺服驱动器10包括电源板200以及至少一个上述电路板100，所述电源板200与所述电路板100的共母线端子连接。

本实施例中。所述伺服驱动器10可以包括电源板200以及一个所述电路板100(如图3所示)，所述伺服驱动器10也可以包括电源板200以及多个所述电路板100(如图4所示)。区别在于，当所述伺服驱动器10包括电源板200以及一个所述电路板100时，所述电源板200为小功率电源板，当伺服驱动器10包括电源板200以及多个所述电路板100时，所述电源板200为大功率电源板，并且，所述电源板200分别与多个所述电路板100的共母线端子连接。如此，即可实现单体驱动器和共母线连接伺服驱动器的电路板100的良好兼容，降低了生产和研发成本。

为了增强所述伺服驱动器10的性能和使用寿命，可选地，所述伺服驱动器10还包括至少一个散热器300，所述至少一个散热器300与所述电路板100一一对应且设置于所述电路板100侧面。

综上所述，本实用新型实施例提供的电路板100及伺服驱动器10，通过将控制部分140和功率部分160集成到同一电路板100，并且在所述功率部分160设置共母线端子和功率驱动电源电路163，实现了单体驱动器和共母线连接驱动器电路板100的良好兼容。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电路板，其特征在于，包括裸板、产生控制信号的控制部分，以及将所述控制部分产生的控制信号放大以控制伺服电机工作状态的功率部分，所述控制部分和功率部分设置于所述裸板；

所述控制部分包括向所述功率部分发送控制信号的微控制单元，向所述微控制单元输入控制指令信号的控制信号电路，采集伺服电机编码器产生的编码信号的编码通信电路，获取编码通信电路采集的编码信号，根据所述编码信号生成参考控制信号，并将所述参考控制信号发送至所述微控制单元的现场可编程门阵列控制器，以及为所述微控制单元和现场可编程门阵列控制器提供工作电能的控制电源，所述控制信号电路和现场可编程门阵列控制器分别与所述微控制单元连接，所述编码通信电路与所述现场可编程门阵列控制器连接，所述控制电源分别与所述微控制单元和现场可编程门阵列控制器连接；

所述功率部分包括接收所述控制信号并对所述控制信号进行放大的功率模块，通过外接电源为所述功率模块提供电能的共母线端子，对从所述共母线端子输入的电源信号进行降压的功率驱动电源电路，采集所述功率模块的电流信号并对所述控制部分的弱电流和所述功率部分的强电流进行隔离的电流采集隔离电路，以及对所述控制部分的弱电流和所述功率部分的强电流进行隔离的驱动隔离电路，所述共母线端子、功率驱动电源电路、电流采集隔离电路和驱动隔离电路分别与所述功率模块连接，所述功率驱动电源电路还与所述共母线端子连接，所述电流采集隔离电路和驱动隔离电路分别与所述微控制单元连接；

所述控制信号电路和编码通信电路设置于所述裸板的一侧，所述共母线端子设置于所述裸板的另一侧。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述控制部分还包括对所述电流采集隔离电路采集的电流信号进行滤波和放大处理并将处理后的电流信号发送至微控制单元的模拟量处理电路，所述微控制单元和电流采集隔离电路通过所述模拟量处理电路连接。

3.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述功率部分还包括与伺服电机连接以向伺服电机发送控制信号的电机输出端子，所述电机输出端子与所述电流采集隔离电路连接，所述电机输出端子设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

4.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述控制部分还包括显示面板，所述显示面板与所述现场可编程门阵列控制器连接，所述显示面板设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

5.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述控制部分还包括通信端子和调试接口，所述通信端子和调试接口分别与所述微控制单元连接，所述通信端子和调试接口设置于所述裸板设置有所述控制信号电路和编码通信电路的一侧。

6.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述控制部分还包括用于底层安全防护的安全转矩关断电路，所述安全转矩关断电路包括安全转矩关断处理电路和与所述安全转矩关断处理电路连接的安全转矩关断端子，所述安全转矩关断电路与所述驱动隔离电路连接，所述安全转矩关断端子设置于所述裸板与设置有所述共母线端子的一侧相对的一侧。

7.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述功率部分还包括采集所述功率模块的电压信号和电流信号，并将采集的所述功率模块的电压信号和电流信号发送至所述微控制单元的保护隔离电路，所述保护隔离电路与所述微控制单元、功率模块和功率驱动电源电路连接。

8.一种伺服驱动器，其特征在于，包括电源板以及至少一个权利要求1～7任意一项所述的电路板，所述电源板与所述电路板的共母线端子连接。

9.根据权利要求8所述的伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器包括电源板以及多个所述电路板，所述电源板分别与多个所述电路板的共母线端子连接。

10.根据权利要求8所述的伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器还包括至少一个散热器，所述至少一个散热器与所述电路板一一对应且设置于所述电路板侧面。