CN206775407U - 一种伺服驱动器的开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业机器人交流伺服系统。现有的技术中伺服驱动器用开关电源上各负载在工作时产生的杂波会影响到电源质量，因此现有技术中开关电源的抗干扰能力较差，稳定性低。本实用新型提供了一种伺服驱动器的开关电源电路，包括输入电路、变换器电路和电流控制反馈电路，变换器电路包括具有一初级绕组和至少三个次级绕组的变压器和开关管，若干的次级绕组分别经一整流二极管和一滤波电路后形成供不同负载的输出回路；不同的输出回路分别与不同类型的接地端相连；减小了各路输出回路上不同的负载在工作时产生杂波而对各路输出回路电源质量的污染，提高了开关电源的抗干扰能力和稳定性。

Description

一种伺服驱动器的开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及工业机器人交流伺服系统，更具体地说是一种伺服驱动器的开关电源电路。

背景技术

对于工业机器人控制系统中交流伺服驱动器的可靠性及供电稳定性是极其重要的；现多分为主电源和控制电源两部分，主电源为伺服驱动器提供直流母线电压，控制电源则为驱动器的控制部分提供高、低压电源及驱动IPM部分的数字电源等；控制电源地的分配及输出电源的稳定在很大程度上决定了驱动器的可靠性，即为驱动器功能扩展方面提供了电源支持；尤其交流伺服驱动器属于电磁干扰较大的工业部件，对伺服驱动器用电源的抗干扰和稳定性要求更高。

市场上出现的伺服驱动器开关电源，其驱动器的控制电源、功率电源和通讯模块等负载在工作时，会产生杂波，使不同输出电路之间产生干扰，影响伺服驱动器开关电源的供电质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术中伺服驱动器用电源的抗干扰和稳定性低的缺陷，提供一种伺服驱动器的开关电源电路，抗干扰能力强、稳定性好。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案得以实现：一种伺服驱动器的开关电源电路，包括输入电路，耦接于市电，用于将市电转化成脉冲直流电；单端反馈DC/DC变换器电路，具有输入回路和输出回路，输入回路接收所述的脉冲直流电，提供反馈电流采样信号，输出回路将所述的脉冲直流电转化成所需规格电压的直流电，提供反馈电压；以及电流控制反馈电路，耦接于输入回路，分别接收并响应于所述反馈电流采样信号和反馈电压，通过控制输入回路的通断控制输出回路产生稳定的直流电；所述单端反馈DC/DC变换器电路包括，一变压器，具有一初级绕组和至少三个次级绕组，其包括第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组，初级绕组耦接于输入电路所输出的脉冲直流电并形成输入回路，若干的次级绕组分别经一整流二极管和一滤波电路后形成供不同负载的输出回路；输出回路包括第一输出回路、第二输出回路和第三输出回路，第一输出回路上生成所述的反馈电压，第二输出回路和第三输出回路的滤波电路分别与不同类型的接地端相连；一开关管VT，耦接于所述输入回路，接收并响应于所述电流控制反馈电路产生的控制信号来控制输入回路的通断。

通过采用上述技术方案，由输入电路将市电转化成脉冲直流电后，经单端反激DC/DC变换器电路转换后并输出所需要的电源电压，在此过程中，电流控制反馈电路接收并响应于输入回路提供的反馈电流采样信号和输出回路提供的反馈电压来控制开关管的通断，以达到稳定输出回路上电压的目的；而多路输出回路上每一路输出回路均通过设置不同的滤波电路以及耦接于不同类型的接地端，以减小各路输出回路上不同的负载在工作时产生杂波而对各路输出回路的电源质量产生污染，因此本方案提高了开关电源的稳定性和抗干扰能力。

本实用新型进一步优选为：所述第一输出回路包括，两二极管VD1和VD2，二极管VD1的正极耦接于第一次级绕组的第一输出端，二极管VD2的正极耦接于第一次级绕组的第二输出端，二极管VD1和二极管VD2的负极相连,两二极管连接点和第一次级绕组第二输出端之间输出供负载电阻RL的输出电压Uo，也既反馈电压；以及一低通滤波器，耦接于两二极管和负载电阻RL之间，由电感Lo和电容Co构成，电感Lo的一端与二极管VD1的负极耦接，另一端耦接负载电阻RL；电容Co并联于负载电阻RL上且电容Co的正极与电感Lo相连，电容Co的另一端接地。

通过采用上述技术方案，第一输出回路用于产生反馈电压，电流控制反馈电路接收第一输出回路上反馈电压形成闭环负反馈调节。

本实用新型进一步优选为：所述第二输出回路包括一二极管VD3、一电阻R2和一电容CL2；二极管VD3的正极耦接于第二次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R2一端，电阻R2的另一端耦接于第二次级绕组的第二输出端，电容CL2并联于电阻R2上，且电容CL2的正极耦接于二极管VD3的负极，电容CL2的另一端接通讯地，二极管VD3的负极输出第一直流电。

通过采用上述技术方案，此输出回路专为伺服驱动器的通信模块供电，并接通讯地，能保对障通信模块的供电质量。

本实用新型进一步优选为：所述第三输出回路包括一二极管VD4、一电容CL3、一电容CL4和一电阻R3；二极管的正极耦接于第三次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R3一端，电阻R3的另一端耦接于第三次级绕组的第二输出端，电容CL3和电容CL4分别并联于电阻R3上，且电容CL3的正极耦接于二极管VD4的负极，电容CL3的另一端接功率地，二极管VD4的负极输出第二直流电。

通过采用上述技术方案，此输出回路作为伺服驱动器的功率电源部分，并接功率地以保证供电质量。

本实用新型进一步优选为：所述电流控制反馈电路包括，误差放大器，具有两输入端，其正相输入端接收一基准电压Uref，反相输入端接收所述的输出电压Uo，将输出电压Uo与基准电压Uref比较并输出一误差放大信号Ue；脉宽比较器，具有两输入端，其正相输入端耦接于误差放大器的输出端并接收所述误差放大信号Ue，反相输入端接收所述反馈电流采样信号，在反馈电流采样信号超过误差放大信号Ue时，其输出端输出一高电平信号；时钟电路，用于产生恒频时钟信号；RS锁存器，具有一R输入端、一S输入端和一Q输出端，其R输入端接收所述高电平信号，S输入端接收所述恒频时钟信号，Q输出端输出所述的控制信号。

通过采用上述技术方案，采用反馈采样电流和反馈电压形成双环控制，能同时根据反馈采样电流和反馈电压迅速做出反应，提高电流控制反馈电路的灵敏度，进而进一步的提高了输出回路电压的稳定性。

本实用新型进一步优选为：所述输入回路还包括漏感尖峰吸收电路，耦接于初级绕组的两输入端之间，由电容Cr、电阻Rr和二极管VDr组成；电容Cr和二极管VDr依次串联于初级绕组两端，且电容Cr的正极与初级绕组的第一输入端连接，二极管VDr的正极与初级绕组的第二输入端连接，电阻Rr并联于电容Cr的两端。

通过采用上述技术方案，用于抑制开关电源在工作过程中浪涌电流的产生。

本实用新型进一步优选为：所述开关管VT包括一增强型N-MOS管、一二极管和一双向击穿二极管；增强型N-MOS管的漏极耦接于漏感尖峰吸收电路与初级绕组上第二输入端的连接点，栅极接收所述控制信号用以控制开关管的通断，源极经电阻Rs接地；二极管正极极耦接于源极，负极耦接于漏极；双向击穿二极管耦接于栅极和源极之间；电阻Rs与源极的连接点之间生成所述反馈电流采样信号。

本实用新型进一步优选为：所述输入电路包括依次电连接的EMI保护电路，整流电路和滤波储能电路。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：本方案中的开关电源能同时输出多路不同电压的输出回路以满足不同电压要求的负载，且多路输出回路上每一路输出回路均通过设置不同的滤波电路以及耦接于不同类型的接地端，以减小各路输出回路上不同的负载在工作时产生杂波而对各路输出回路的电源质量产生污染，提高了开关电源的稳定性和抗干扰能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电路原理图。

图中：1、输入电路；2、单端反馈DC/DC变换器电路；3、电流控制反馈电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1和图2所示，示出了一种伺服驱动器的开关电源电路，包括输入电路1、单端反馈DC/DC变换器电路2和电流控制反馈电路3。

输入电路1，耦接于市电，用于将市电转化成脉冲直流电；包括EMI保护电路、整流电路和滤波储能电路。

EMI保护电路包括电容CL1、电容CL2、电容CL3、电阻R1和压敏电阻DVAR；电容C3和电容C1依次串联于市电的L端和N端之间，且电容C3的正极与N端相连，电容C1的正极与电容C3相连；电容C2的正极与电容C1的正极连接，另一端接地保护；电阻R1并联于电容C2的两端；压敏电阻DVAR串接于市电的L端和N端之间。

与市电连接的其他电器设备在工作时产生的杂波会对开关电源产生一定的干扰，电容是用来虑除杂波、抑制干扰；压敏电阻用于抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害；为了增加安全性，在本实施例中的电容CL1、电容CL2和电容CL3均采用安规电容，即使电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全。

整流电路包括四个二极管构成的整流桥，具有两输入端和两输出端，其两输入端耦接于市电的L端和N端，即压敏电阻DVAR的两端，其两输出端输出经整流桥整流后的110V脉动直流电。

在本实施例中滤波储能电路采用由电容C1和电阻RL1构成的一阶RC低通滤波器,根据工作情况的实际需求还可以采用其他的滤波电路或滤波器，此处不再一一叙述。

单端反馈DC/DC变换器电路2具有输入回路和输出回路，输入回路接收脉冲直流电，提供反馈电流采样信号，输出回路将脉冲直流电转化成所需规格电压的直流电，提供反馈电压；包括一变压器T1和一开关管VT。

变压器T1，具有一初级绕组和至少三个次级绕组，本实施例中设为三个次级绕组分别为第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组；初级绕组耦接于输入电路1（滤波储能电路）所输出的脉冲直流电并形成输入回路；若干的次级绕组分别经一整流二极管和一滤波电路后形成供不同负载的输出回路；三个次级绕组所对应的输出回路为第一输出回路、第二输出回路和第三输出回路；第一输出回路上生成一反馈电压；第二输出回路和第三输出回路分别连接不同的负载且第二输出回路和第三输出回路的滤波电路分别与不同类型的接地端相连，以减小各路输出回路上不同的负载在工作时产生杂波而对各路输出回路的电源质量产生污染。

为了抑制开关电源在工作过程中浪涌电流的产生而对电路产生影响，输入回路还包括漏感尖峰吸收电路，耦接于初级绕组的两输入端之间，由电容Cr、电阻Rr和二极管VDr组成；电容Cr和二极管VDr依次串联于初级绕组两端，且电容Cr的正极与初级绕组的第一输入端连接，二极管VDr的正极与初级绕组的第二输入端连接，电阻Rr并联于电容Cr的两端。

在本实施例中，第一输出回路包括两二极管VD1和VD2以及一低通滤波器。二极管VD1的正极耦接于第一次级绕组的第一输出端，二极管VD2的正极耦接于第一次级绕组的第二输出端，二极管VD1和二极管VD2的负极相连,两二极管连接点和第一次级绕组第二输出端之间输出供负载电阻RL的输出电压Uo，也既反馈电压；低通滤波器由电感Lo和电容Co构成，电感Lo的一端与二极管VD1的负极耦接，另一端耦接负载电阻RL；电容Co并联于负载电阻RL上且电容Co的正极与电感Lo相连，电容Co的另一端接地。

第二输出回路包括一二极管VD3、一电阻R2和一电容CL2；电阻R2和电容CL2构成一滤波器（或滤波电路）；二极管VD3的正极耦接于第二次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R2一端，电阻R2的另一端耦接于第二次级绕组的第二输出端，电容CL2并联于电阻R2上，且电容CL2的正极耦接于二极管VD3的负极，电容CL2的另一端接通讯地，二极管VD3的负极输出第一直流电。

第三输出回路包括一二极管VD4、一电容CL3、一电容CL4和一电阻R3；电容CL3、电容CL4和电阻R3构成另一滤波器（或滤波电路）；二极管的正极耦接于第三次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R3一端，电阻R3的另一端耦接于第三次级绕组的第二输出端，电容CL3和电容CL4分别并联于电阻R3上，且电容CL3的正极耦接于二极管VD4的负极，电容CL3的另一端接功率地，二极管VD4的负极输出第二直流电。

本实施例中第一直流电为+5V，供伺服驱动器的通讯模块使用；第二直流电为+15V，作为伺服驱动器的功率电源使用；第二输出回路和第三输出回路均与不同的接地端相连，以减小两输出回路上不同的负载在工作时产生杂波而对彼此输出回路的电源质量产生污染，如此提高了伺服驱动器用电源的抗干扰和稳定性。根据实际情况需求，变压器T1还可以有第四次级绕组、第五次级绕组等等，相应的输出回路供不同负载使用，各输出回路上的滤波电路可以相同也可以不同，本实施例中第二输出回路和第三输出回路上的滤波电路均不同，而不同类型的接地端还可以是数字地（DGND）、模拟地（AGND）等，此处不再一一叙述。

开关管VT，耦接于初级绕组，接收并响应于电流控制反馈电路3产生的控制信号来控制输入回路的通断。本实施例中，开关管VT包括一增强型N-MOS管、一二极管和一双向击穿二极管；增强型N-MOS管的漏极耦接于漏感尖峰吸收电路与初级绕组上第二输入端的连接点，栅极接收控制信号用以控制开关管的通断，源极经电阻Rs接地；二极管正极极耦接于源极，负极耦接于漏极；双向击穿二极管耦接于栅极和源极之间；电阻Rs与源极的连接点之间生成反馈电流采样信号。

电流控制反馈电路3，耦接于输入回路，分别接收并响应于反馈电流采样信号和反馈电压，通过控制输入回路的通断控制输出回路产生稳定的直流电；包括一误差放大器、一脉宽比较器、一时钟电路和一RS锁存器。

误差放大器，具有两输入端，其正相输入端接收一基准电压Uref，反相输入端接收上述的输出电压Uo，将输出电压Uo与基准电压Uref比较并输出一误差放大信号Ue；

脉宽比较器，具有两输入端，其正相输入端耦接于误差放大器的输出端并接收误差放大信号Ue，反相输入端接收上述的反馈电流采样信号，在电流采样信号超过误差放大信号Ue时，其输出端输出一高电平信号；

时钟电路，用于产生恒频时钟信号；

RS锁存器，具有一R输入端、一S输入端和一Q输出端，其R输入端接收上述的高电平信号，S输入端接收上述的恒频时钟信号，Q输出端输出上述的控关信号。

本实用新型中提供的开关电源电路含有电压、电流，两个控制闭合环路：一个是输出电压反馈误差放大器A1，用于将变压器T1次级绕组经滤波后的输出电压Uo与基准电压Uref比较后产生误差电压；另一个是变压器初级(电感)中电流在电阻Rs上产生的电压与误差电压进行比较，产生调制脉冲的脉宽，使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。

本实施例工作过程如下：220V的市电在经过整流电路、滤波储能电路后变成平稳的直流电，在经过变压器T1的初级绕组时受控于开关管周期性的导通和截止于变压器初级绕组形成所需直流电压。

当输入电压下降，整流后的直流电压下降，经电感延迟使输出电压下降，经误差放大器延迟，Vea上升，占空比变化，从而维持输出电压不变，在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降，电感电流的斜率di/dt下降，导致斜坡电压推迟到达Vea，使PWM占空比加大，起到调整输出电压的作用。由于既对电压又对电流起控制作用，所以控制效果较好在实际中得到广泛应用。

在变压器的设计上，采用多路输出的形式，在每路输出回路中加入滤波电路，已使输出电平稳定提高抗干扰能力；同时每路输出回路接不同类型的接地端，避免共用同一个接地端而对彼此产生干扰，提高了开关电源的抗干扰能力和稳定性。

Claims (8)

1.一种伺服驱动器的开关电源电路，包括，

输入电路（1），耦接于市电，用于将市电转化成脉冲直流电；

单端反馈DC/DC变换器电路（2），具有输入回路和输出回路，输入回路接收所述的脉冲直流电，提供反馈电流采样信号，输出回路将所述的脉冲直流电转化成所需规格电压的直流电，提供反馈电压；

以及电流控制反馈电路（3），耦接于输入回路，分别接收并响应于所述反馈电流采样信号和所述反馈电压，通过控制输入回路的通断来控制输出回路产生稳定的直流电；

其特征在于：所述单端反馈DC/DC变换器电路（2）包括，

一变压器，具有一初级绕组和至少三个次级绕组，其包括第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组，初级绕组耦接于输入电路（1）所输出的脉冲直流电并形成输入回路，若干的次级绕组分别经一整流二极管和一滤波电路后形成供不同负载的输出回路；输出回路包括第一输出回路、第二输出回路和第三输出回路，第一输出回路上生成所述的反馈电压，第二输出回路和第三输出回路的滤波电路分别与不同类型的接地端相连；

一开关管VT，耦接于所述输入回路，接收并响应于所述电流控制反馈电路（3）产生的控制信号来控制输入回路的通断。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述第一输出回路包括，

两二极管VD1和VD2，二极管VD1的正极耦接于第一次级绕组的第一输出端，二极管VD2的正极耦接于第一次级绕组的第二输出端，二极管VD1和二极管VD2的负极相连,两二极管连接点和第一次级绕组第二输出端之间输出供负载电阻RL的输出电压Uo，也既反馈电压；

以及一低通滤波器，耦接于两二极管和负载电阻RL之间，由电感Lo和电容Co构成，电感Lo的一端与二极管VD1的负极耦接，另一端耦接负载电阻RL；电容Co并联于负载电阻RL上且电容Co的正极与电感Lo相连，电容Co的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述第二输出回路包括一二极管VD3、一电阻R2和一电容CL2；二极管VD3的正极耦接于第二次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R2一端，电阻R2的另一端耦接于第二次级绕组的第二输出端，电容CL2并联于电阻R2上，且电容CL2的正极耦接于二极管VD3的负极，电容CL2的另一端接通讯地，二极管VD3的负极输出第一直流电。

4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述第三输出回路包括一二极管VD4、一电容CL3、一电容CL4和一电阻R3；二极管的正极耦接于第三次级绕组的第一输出端，其负极耦接于电阻R3一端，电阻R3的另一端耦接于第三次级绕组的第二输出端，电容CL3和电容CL4分别并联于电阻R3上，且电容CL3的正极耦接于二极管VD4的负极，电容CL3的另一端接功率地，二极管VD4的负极输出第二直流电。

5.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于：所述电流控制反馈电路（3）包括，

误差放大器，具有两输入端，其正相输入端接收一基准电压Uref，反相输入端接收所述的输出电压Uo，将输出电压Uo与基准电压Uref比较并输出一误差放大信号Ue；

脉宽比较器，具有两输入端，其正相输入端耦接于误差放大器的输出端并接收所述误差放大信号Ue，反相输入端接收所述反馈电流采样信号，在反馈电流采样信号超过误差放大信号Ue时，其输出端输出一高电平信号；

时钟电路，用于产生恒频时钟信号；

RS锁存器，具有一R输入端、一S输入端和一Q输出端，其R输入端接收所述高电平信号，S输入端接收所述恒频时钟信号，Q输出端输出所述控制信号。

6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于：所述输入回路还包括漏感尖峰吸收电路，耦接于初级绕组的两输入端之间，由电容Cr、电阻Rr和二极管VDr组成；电容Cr和二极管VDr依次串联于初级绕组两端，且电容Cr的正极与初级绕组的第一输入端连接，二极管VDr的正极与初级绕组的第二输入端连接，电阻Rr并联于电容Cr的两端。

7.根据权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关管VT包括一增强型N-MOS管、一二极管和一双向击穿二极管；增强型N-MOS管的漏极耦接于漏感尖峰吸收电路与初级绕组上第二输入端的连接点，栅极接收所述控制信号用以控制开关管的通断，源极经电阻Rs接地；二极管正极耦接于源极，负极耦接于漏极；双向击穿二极管耦接于栅极和源极之间；电阻Rs与源极的连接点之间生成所述反馈电流采样信号。

8.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述输入电路（1）包括依次电连接的EMI保护电路，整流电路和滤波储能电路。