CN208028797U - 一种伺服系统的再生制动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路领域，具体涉及一种伺服系统的再生制动电路，所述再生制动电路和和至少一个伺服系统并接在电源上，所述再生制动电路包括监视模块、逻辑模块和放电模块，所述监视模块、逻辑模块和放电模块之间相互连接；其中，所述监视模块检测电源的电压值，并产生电平发送到逻辑模块，所述逻辑模块根据电平产生控制信号，所述放电模块根据控制信号泄放电源的能量。解决在同一母线电源上并接多台伺服系统时的再生制动问题；并且，把消耗的能量分散到多个再生制动电阻，有效地解决了放电电阻体积过大的问题，在有装配空间要求下，方便了安装及散热。

Description

一种伺服系统的再生制动电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，具体涉及一种伺服系统的再生制动电路。

背景技术

再生制动电路已广泛应用于伺服系统中，在同一母线电源上并接多台伺服系统的情况下，由于单台伺服系统的再生制动电路主回路大多采用功率电阻与 MOSFET管结合的方式，但由于MOSFET管的开关控制一般需要电压的模数采集与处理器来控制，造成需要硬件作为基础又要软件控制，增加了系统的复杂程序；同时，这种外接电阻的方式电阻体积大及MOSEET管导通电流有限，在有体积要求的场合极不便于安装及散热；另外，这种再生制动方式由于电阻只有一种阻值，不能根据实际的电压能量动态调整理泄放电阻值造成在泄放能量时母线电压波动过大，从而影响电机的控制；并且，这种再生制动方式没有对低电压进行残压泄放，这样会导致一些电路进入不确定的临界工作状态，从而导致整个系统工作异常。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种伺服系统的再生制动电路，解决在同一母线电源上并接多台伺服系统时的再生制动问题。

为解决该技术问题，本实用新型提供一种伺服系统的再生制动电路，所述再生制动电路和和至少一个伺服系统并接在电源上，所述再生制动电路包括监视模块、逻辑模块和放电模块，所述逻辑模块分别连接监视模块和放电模块；其中，所述监视模块检测电源的电压值，并产生电平发送到逻辑模块；若监视模块发送高电平到逻辑模块，所述逻辑模块根据高电平产生控制信号并发送到放电模块，所述放电模块根据控制信号泄放电源的能量。

其中，较佳方案是：所述放电模块包括至少一个过压泄放驱动子模块和至少一个再生制动电阻，所述过压泄放驱动子模块和再生制动电阻对应形成回路，所述逻辑模块还连接所有过压泄放驱动子模块。

其中，较佳方案是：所述放电模块还包括至少一个MOSFET子模块，所述 MOSFET子模块分别连接对应的过压泄放驱动子模块和再生制动电阻。

其中，较佳方案是：所述放电模块还包括残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块分别连接监视模块和一MOSFET子模块；若监视模块发送低电平到残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块驱动MOSFET子模块导通，并通过对应的再生制动电阻泄放电源上残留的能量。

其中，较佳方案是：所述监视模块包括过压监视子模块和残压监视子模块。

其中，较佳方案是：所述过压监视子模块包括滤波电容C1、稳压二极管 D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻 R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、三极管Q1、MOSFET管Q30；所述稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管 D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R8串联形成检压电路，所述检压电路提供开关信号和控制信号，所述滤波电容C1与稳压二极管D1并接在电源上，所述电阻R5一端接在稳压二极管D8负极，所述电阻 R5另一端接在MOSFET管Q30的G极，所述电阻R6与电容C5并联，所述电阻 R6一端接地，另一端接到电阻R5，所述MOSFET管Q30的S极接电阻R7一端，所述电阻R7另一端接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的基极接电阻R8 的一端，所述三极管Q1的发射极接电容C4一端，所述电容C4另一端接所述开关信号。

其中，较佳方案是：所述残压监视子模块包括稳压二极管D10、稳压二极管D12、稳压二极管D13、发光二极管D11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、三极管Q4、三极管Q5、MOSFET管Q6；所述电阻R12、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D10串接形成电源的分压电路，所述三极管 Q4基极接到R14的一端，所述三极管Q4的发射极与发光二极管D11的正极串联，所述三极管Q4的集电极与电阻R15一端接电阻R15一端，电阻R15另一端接三极管Q5的集电极，所述三极管Q5的发射极和基极接电阻R12的一端，所述电容C10一端接电阻R15一端，所述电容C10另一端接地，所述稳压二极管D12与稳压二极管D13串联形成MOSFET管Q6的G极保护电路。

其中，较佳方案是：所述三极管Q1和三极管Q5均为NPN型三极管。

其中，较佳方案是：所述过压泄放驱动子模块包括NPN型三极管Q22以及与NPN型三极管Q22串联的PNP型三极管Q23。

其中，较佳方案是：所述残压泄放驱动子模块包括电阻R208、电阻R209、电阻R211、电阻R213、稳压二极管D209、稳压二极管D210、稳压二极管D211、三极管Q204、三极管Q205、电容C206和MOSFET管Q207，所述电阻R208串联R209接在稳压二极管D209的负极，所述稳压二极管的正极接电阻R211和三极管Q204的基极，所述三极管Q204的集电极接电阻R213的一端，所述R213 的另一端接三极管Q205的集电极以及电容C206的一端，所述电容C206的另一端接稳压二极管D211的正极，所述稳压二极管D211的负极接稳压二极管 D210的正极，所述稳压二极管D210的负极接MOSFET管Q207的G极。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种伺服系统的再生制动电路，不需要进行电压模数采集与处理器来进行控制，因此不需要要软件的介入，简化了复杂性，降低了设计成本及制造成本；此外，由于把消耗的能量分散到多个再生制动电阻，有效地解决了放电电阻体积过大的问题，在有装配空间要求下，方便了安装及散热；此外，所述再生制动电路解决了能量泄放时母线电压波动过大，影响电机控制的问题；并且，所述再生制动电路解决了在低电压输入时系统会进入不确定工作状态，从而导致整个系统工作异常的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型再生制动电路的应用示意图；

图2是本实用新型再生制动电路的示意图；

图3是本实用新型母线电压过压与动作电平的关系图；

图4是本实用新型监视模块的示意图；

图5是本实用新型过压泄放驱动子模块的示意图；

图6是本实用新型残压泄放驱动子模块的示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1至图6所示，本实用新型提供一种伺服系统的再生制动电路的优选实施例。

具体地，并参考图1，一种伺服系统的再生制动电路2，所述再生制动电路2和和至少一个伺服系统并接在电源上，所述电源为交流源Vac，通过交流 /直流转换装置1将交流电压转换为直流电压，直流电压流经母线，所述再生制动电路2连接母线，所述再生制动电路2具有母线电压过压泄放及母线电压欠压泄放的功能，保证母线电压稳定地输出到伺服系统；所述伺服系统均连接母线，具有把直流电压转换成可变交流电压，并将转变后的交流电压输出到交流电机，并驱动交流电机运行；例如，如图1所示，第一伺服系统3连接第一交流电机4，所述第一伺服系统3将直流电压转换成可变交流电压，并将可变交流电压输出到第一交流电机4，所述第一交流电机4根据交流电压运行；第二伺服系统5连接第二交流电机6，所述第二伺服系统5将直流电压转换成可变交流电压，并将可变交流电压输出到第二交流电机6，所述第二交流电机6 根据交流电压运行；同理可得，所述第n伺服系统7连接第n交流电机8，所述第n伺服系统7将直流电压转换成可变交流电压，并将可变交流电压输出到第n交流电机8，所述第n交流电机8根据交流电压运行。根据实际需求，可以在同一母线的电压VBUS+和VBUS-之间并接一个再生制动电路2和n台伺服系统，而n台伺服系统连接n台交流电机。

在图1中，M1即是第一交流电机4，M2即是第二交流电机6，Mn即是第n 交流电机8。

更具体地，所有交流电机产生的反电动势电压通过各自对应连接的伺服系统回馈到母线的电压VBUS+，随着能量的累积母线的电压VBUS+会不断的升高，当升高到超过母线的电压极限值时会损坏伺服系统，因此，需要将母线的电压 VBUS+的多余能量泄放掉；在接上再生制动电路2后，当母线的电压VBUS+达到电压极限值时，再生制动会启动母线电压的泄放，并通过热能消耗掉多余能量。只需并接一个再生制动电路2，即可实现多台伺服系统同时工作时的再生制动。

其中，并参考图2，所述再生制动电路2包括监视模块201、逻辑模块202 和放电模块203，所述逻辑模块202分别连接监视模块201和放电模块203；所述监视模块201检测电源的电压值，并产生电平发送到逻辑模块202；若监视模块201发送高电平到逻辑模块202，所述逻辑模块202根据高电平产生控制信号并发送到放电模块203，所述放电模块203根据控制信号泄放电源的能量。

具体地，并参考图2，所述放电模块203包括至少一个过压泄放驱动子模块和至少一个再生制动电阻，所述过压泄放驱动子模块和再生制动电阻对应形成回路，所述逻辑模块202还连接所有过压泄放驱动子模块；所述放电模块 203还包括至少一个MOSFET子模块，所述MOSFET子模块分别连接对应的过压泄放驱动子模块和再生制动电阻；所述放电模块203还包括残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块分别连接监视模块201和一MOSFET子模块；若监视模块201发送低电平到残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块驱动MOSFET子模块导通，并通过对应的再生制动电阻泄放电源上残留的能量。所述过压泄放驱动子模块即是过压泄放驱动子电路，所述残压泄放驱动子模块即是残压泄放驱动子电路，所述MOSFET子模块即是MOSFET管。

更具体地，并参考图2，所述放电模块203包括残压泄放驱动子模块203a、第一过压泄放驱动子模块203b、第二过压泄放驱动子模块203c……直至第m 过压泄放驱动子模块203j，所述放电模块203还包括第一MOSFET子模块203e、第二MOSFET子模块203g……直至第mMOSFET子模块203i，所述放电模块203 还包括第一再生制动电阻203d、第二再生制动电阻203f……直至第m再生制动电阻203h，所述过压泄放驱动子模块、MOSFET子模块和再生制动电阻分别对应连接；所述监视模块201监视母线的电压VBUS+，当母线的电压VBUS+超过其设定的第一电压值时启动逻辑模块202；所述逻辑模块202根据监视模块 201所监视的母线的电压VBUS+，产生第一过压泄放驱动子模块203b的控制信号、第二过压泄放驱动子模块203c的控制信号……直至第m过压泄放驱动 203j的控制信号，所述第一过压泄放驱动子模块203b驱动第一MOSFET子模块203e，所述第二过压泄放驱动子模块203c驱动第二MOSFET子模块 203g……所述第n过压泄放驱动子模块203j驱动第mMOSFET子模块203i，随后，所述第一再生制动电阻203d、第二再生制动电阻203f……第m再生制动电阻203h消耗掉母线上的能量，使母线的电压VBUS+下降到低于第一电压值；当监视模块201监视到母线的电压VBUS+小于第二电压值时，启动残压泄放驱动子模块203a，此时残压泄放驱动子模块203a驱动第一MOSFET子模块203e 导通，残留在母线的能量通过第一再生制动电阻203d及第一MOSFET子模块 203e形成的回路以热能的形式泄放。

值得一提的是，所述过压泄放驱动子模块、MOSFET子模块和再生制动电阻的数量与伺服系统的数量不一定相等，即m不一定等于n。

图3示出了母线电压过压与动作电平的关系图，在本例子中有五路过压泄放通道，图中VL为触发逻辑模块202有效工作的最低母线电压，其中有效工作指的是输入逻辑模块202的电平为高电平，当母线电压大于VL时将会触发过压泄放，当母线电压小于VL时不会过压泄放；t为逻辑与移位模块电路202 产生的移位时钟；在A点母线电压上升到VL，此时监视模块201检测到这个电压并启动逻辑模块202，在A点～B点一个t时间振荡周期内，母线电压继续上升，在B点～C点逻辑模块202输出放电模块203中的第一过压泄放驱动子模块203b的有效控制信号,在C点～D点逻辑模块202依次移位产生第二过压泄放驱动子模块203c到第m过压泄放驱动子模块203j的控制信号，这里 m取值为5，由图所示，在启动了第一过压泄放驱动子模块203b后，第一MOSFET 子模块203e打开，第一再生制动电阻203d消耗母线上的电能量，能量消耗后母线电压下降到VL以下，然后，逻辑模块202依据移位时钟t为周期依次开启第二过压泄放驱动子模块203c到第m过压泄放驱动子模块203j，此处的m 为取值5，相应地第二过压泄放驱动子模块203c驱动第二MOSFET子模块 203g，直至第m过压泄放驱动子模块203j驱动第mMOSFET 203i，此过程完成后母线电压降到V2，A点～D点完成开启一个再生制动电阻移位泄放能量的过程。

参考图3，说明启动二路再生制动电阻泄放能量的过程，在D点～E点母线电压上升，在C点上升到VL，此时监视模块201检测到VL并启动逻辑模块 202，在E点～F点经过一个t时间振荡周期，母线电压继续上升，在F点～H 点逻辑模块202产生放电模块203中的第一过压泄放驱动子模块203b的控制信号,在H点母线电压经过开启第一再生制动电阻203d的能量泄放后仍然高于 VL，此时监视模块201检测到这个母线电压并继续启动逻辑模块202，所述逻辑模块202根据监视模块201的监视情况输出第二个有效电平信号，同时第一个时钟时产生的有效电平信号已移位到第二路泄放通道，在H点～J点第二 MOSFET子模块203g也打开，此时因为有二路的第二再生制动电阻203g并接在母线电压消耗能量，母线电压下降速率更快，在J点～K点第一个有效电平移位完成，此时只有第二个有效电平还在移位状态，此时母线电压缓慢上升，直到K点以后其值平稳，但不超过VL，此时本电路不损耗能量，D点～K点完成开启一个再生制动电阻泄放能量的过程。

进一步地，并参考图4，所述监视模块201包括过压监视子模块和残压监视子模块。

其中，并参考图4，所述过压监视子模块包括滤波电容C1、稳压二极管 D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻 R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、NPN型三极管Q1、MOSFET管Q30；所述稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R8串联形成检压电路，所述检压电路提供开关信号和控制信号，所述滤波电容C1与稳压二极管D1并接在电源上，所述电阻R5一端接在稳压二极管D8负极，所述电阻R5另一端接在MOSFET管Q30的G极，所述电阻R6与电容C5并联，所述电阻R6一端接地，另一端接到电阻R5，所述MOSFET管Q30的S极接电阻R7一端，所述电阻R7另一端接NPN型三极管Q1的集电极，所述NPN型三极管 Q1的基极接电阻R8的一端，所述NPN型三极管Q1的发射极接电容C4一端，所述电容C4另一端接所述开关信号。

其中，并参考图4，所述残压监视子模块包括稳压二极管D10、稳压二极管D12、稳压二极管D13、发光二极管D11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、三极管Q4、NPN型三极管Q5、MOSFET管Q6；所述电阻 R12、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D10串接形成电源的分压电路，所述三极管Q4基极接到R14的一端，所述三极管Q4的发射极与发光二极管D11的正极串联，所述三极管Q4的集电极与电阻R15一端接电阻R15一端，电阻R15 另一端接NPN型三极管Q5的集电极，所述NPN型三极管Q5的发射极和基极接电阻R12的一端，所述电容C10一端接电阻R15一端，所述电容C10另一端接地，所述稳压二极管D12与稳压二极管D13串联形成MOSFET管Q6的G极保护电路。

其中，并参考图5，所述过压泄放驱动子模块采用互补对称电路结构，所述过压泄放驱动子模块包括NPN型三极管Q22以及与NPN型三极管Q22串联的 PNP型三极管Q23。当LOGIC输入为低电平时，输出端MOS的电流将是下级门灌入PNP型三极管Q23；当LOGIC输入为高电平时，输出端MOS的电流将是下级门从本级电源经NPN型三极管Q22拉出。这样一来，输出高低电平时，NPN 型三极管Q22一路和PNP型三极管Q23一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力。又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使RC 常数很小，转变速度很快。因此，互补对称电路结构既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

其中，并参考图6，所述残压泄放驱动子模块包括电阻R208、电阻R209、电阻R211、电阻R213、稳压二极管D209、稳压二极管D210、稳压二极管D211、三极管Q204、三极管Q205、电容C206和MOSFET管Q207，所述电阻R208串联R209接在稳压二极管D209的负极，所述稳压二极管的正极接电阻R211和三极管Q204的基极，所述三极管Q204的集电极接电阻R213的一端，所述R213 的另一端接三极管Q205的集电极以及电容C206的一端，所述电容C206的另一端接稳压二极管D211的正极，所述稳压二极管D211的负极接稳压二极管D210的正极，所述稳压二极管D210的负极接MOSFET管Q207的G极。所述三极管Q204为NPN型三极管，所述三极管Q205为NPN型三极管。

所述稳压二极管D210和稳压二极管D211用于钳位MOSFET管Q207的G 极电压，使其不超过G极的极限电压，起到保护作用；当电压超过这二个稳压管的击穿电压时，所述MOSFET管Q207的G极电压限制在一个定值电压。

当48V电源正常电压时，所述三极管Q205导通，48V经过三极管Q205后再经过电阻R213加载到MOSFET管Q207的G极，提供了一个上拉的作用；所述电阻R208、电阻R209、电阻R211、稳压二极管D209组成48V采样电路，所述三极管Q204的基极与电阻R211及稳压二极管D209共节点电压，所述三极管Q204工作在饱和模式，所述MOSFET管Q207的工作在截止模式，未启动残压泄放。

当48V电源降低到一定电压时，由电阻R208、电阻R209、电阻R211、稳压二极管D209组成48V采样电路采样的电压不足以开通让三极管Q204工作在饱和模式，所述三极管Q204工作在截止模式；此时通过三极管Q205及电阻 R213的电压作用在MOSFET管Q207的G极，此时的电压足以让MOSFET管Q207 工作在开通模式，通过NR101网络，所述MOSFET管Q207与泄放电阻一起完成残压泄放。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种伺服系统的再生制动电路，所述再生制动电路和至少一个伺服系统并接在电源上，其特征在于：所述再生制动电路包括监视模块、逻辑模块和放电模块，所述逻辑模块分别连接监视模块和放电模块；其中，所述监视模块检测电源的电压值，并产生电平发送到逻辑模块；若监视模块发送高电平到逻辑模块，所述逻辑模块根据高电平产生控制信号并发送到放电模块，所述放电模块根据控制信号泄放电源的能量。

2.根据权利要求1所述的再生制动电路，其特征在于：所述放电模块包括至少一个过压泄放驱动子模块和至少一个再生制动电阻，所述过压泄放驱动子模块和再生制动电阻对应形成回路，所述逻辑模块还连接所有过压泄放驱动子模块。

3.根据权利要求2所述的再生制动电路，其特征在于：所述放电模块还包括至少一个MOSFET子模块，所述MOSFET子模块分别连接对应的过压泄放驱动子模块和再生制动电阻。

4.根据权利要求3所述的再生制动电路，其特征在于：所述放电模块还包括残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块分别连接监视模块和一MOSFET子模块；若监视模块发送低电平到残压泄放驱动子模块，所述残压泄放驱动子模块驱动MOSFET子模块导通，并通过对应的再生制动电阻泄放电源上残留的能量。

5.根据权利要求1至4任一所述的再生制动电路，其特征在于：所述监视模块包括过压监视子模块和残压监视子模块。

6.根据权利要求5所述的再生制动电路，其特征在于：所述过压监视子模块包括滤波电容C1、稳压二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C4、电容C5、三极管Q1、MOSFET管Q30；所述稳压二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4、稳压二极管D5、稳压二极管D6、稳压二极管D7、稳压二极管D8、电阻R3、电阻R4、电阻R8串联形成检压电路，所述检压电路提供开关信号和控制信号，所述滤波电容C1与稳压二极管D1并接在电源上，所述电阻R5一端接在稳压二极管D8负极，所述电阻R5另一端接在MOSFET管Q30的G极，所述电阻R6与电容C5并联，所述电阻R6一端接地，另一端接到电阻R5，所述MOSFET管Q30的S极接电阻R7一端，所述电阻R7另一端接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的基极接电阻R8的一端，所述三极管Q1的发射极接电容C4一端，所述电容C4另一端接所述开关信号。

7.根据权利要求6所述的再生制动电路，其特征在于：所述残压监视子模块包括稳压二极管D10、稳压二极管D12、稳压二极管D13、发光二极管D11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、三极管Q4、三极管Q5、MOSFET管Q6；所述电阻R12、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D10串接形成电源的分压电路，所述三极管Q4基极接到R14的一端，所述三极管Q4的发射极与发光二极管D11的正极串联，所述三极管Q4的集电极与电阻R15一端接电阻R15一端，电阻R15另一端接三极管Q5的集电极，所述三极管Q5的发射极和基极接电阻R12的一端，所述电容C10一端接电阻R15一端，所述电容C10另一端接地，所述稳压二极管D12与稳压二极管D13串联形成MOSFET管Q6的G极保护电路。

8.根据权利要求7所述的再生制动电路，其特征在于：所述三极管Q1和三极管Q5均为NPN型三极管。

9.根据权利要求2所述的再生制动电路，其特征在于：所述过压泄放驱动子模块包括NPN型三极管Q22以及与NPN型三极管Q22串联的PNP型三极管Q23。

10.根据权利要求4所述的再生制动电路，其特征在于：所述残压泄放驱动子模块包括电阻R208、电阻R209、电阻R211、电阻R213、稳压二极管D209、稳压二极管D210、稳压二极管D211、三极管Q204、三极管Q205、电容C206和MOSFET管Q207，所述电阻R208串联R209接在稳压二极管D209的负极，所述稳压二极管的正极接电阻R211和三极管Q204的基极，所述三极管Q204的集电极接电阻R213的一端，所述R213的另一端接三极管Q205的集电极以及电容C206的一端，所述电容C206的另一端接稳压二极管D211的正极，所述稳压二极管D211的负极接稳压二极管D210的正极，所述稳压二极管D210的负极接MOSFET管Q207的G极。