CN208044451U - 一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路 - Google Patents

一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路。其中,所述恒流源控制电路与电源、外部的电源管理模块和负载接口连接,所述恒流源控制电路包括采样模块和控制模块,所述采样模块由所述电源供电,其采集电源管理模块输出给负载的电信号,并反馈给控制模块,所述控制模块根据所述采样模块采集的电信号对电源管理模块的输出电压和输出电流进行实时控制。所述恒流源控制电路从电源输出端分别对电流和电压进行取样,经与给定值进行比较,然后反馈至电源管理模块调控电源输出进而达到恒流输出目的。本实用新型成本较低,且有利于生产质量控制,同时提高了工作稳定性,进一步提升了控制精度,加快了系统控制响应速度。

Description

一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路
技术领域
本实用新型涉及异步伺服控制器领域,尤其是涉及一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路。
背景技术
传统的注塑机异步伺服控制系统,特别是液压阀的控制比较笨拙,很多情况下达不到精准的顶阀控制,加入恒流源可以使其自动控制程度更高,然而,传统恒流源的设计大多采用电流型全桥拓扑结构,这其中的电路结构比较复杂,故障率较高,对生产测试具有很多不利因素。
因而现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本实用新型的目的在于提供一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路,成本低,控制响应速度快,有利于生产质量控制。
为解决以上技术问题,本实用新型采取了以下技术方案:
一种恒流源控制电路,与电源、外部的电源管理模块和负载接口连接,所述恒流源控制电路包括采样模块和控制模块,所述采样模块由所述电源供电,其采集电源管理模块输出给负载的电信号,并反馈给控制模块,所述控制模块根据所述采样模块采集的电信号对电源管理模块的输出电压和输出电流进行实时控制。
进一步的,所述控制模块包括电流环控制单元和电压环控制单元,所述电流环控制单元实时监控所述采样模块采集到的电流信号,以控制电源管理模块的输出电流,所述电压环控制单元实时监控所述采样模块采集到的电压信号,以控制电源管理模块的输出电压。
进一步的,所述控制模块还包括反馈单元,所述反馈单元根据电流环控制单元和/或电压环控制单元的信号,输出相应的控制信号并反馈至外部的电源管理模块,以实时调控电源管理模块的输出。
在本实用新型的一个优选实施例中,所述采样模块包括第一二极管、第一电解电容、第一电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻,所述第一二极管的正极连接电源,所述第一二极管的负极连接第一电解电容的正极、第一电容的一端、第一电阻的一端和负载接口的第一端,所述第一电解电容的负极、第一电容的另一端、第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端均接地,所述第三电阻的另一端、第二电阻的另一端连接负载接口的第二端和电流环控制单元的输入端,所述负载接口的第一端连接电压环控制单元的输入端。
进一步的,所述电流环控制单元包括第一比较器,第二二极管、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻,所述第一比较器的正相输入端通过第四电阻连接第一供电端、并通过第五电阻接地、也通过第六电阻接地、还通过第七电阻接地,所述第一比较器的反相输入端为电流环控制单元的输入端、其连接第二电阻的另一端和第三电阻的另一端,所述第一比较器的输出端通过第八电阻连接第二二极管的负极,所述第二二极管的正极连接反馈单元,所述第一比较器的电源端连接第二供电端、并通过第二电容接地。
在一较佳实施例中,所述电流环控制单元还包括第三电容,所述第三电容的一端连接第一比较器的正相输入端,第三电容的另一端接地。
在一较佳实施例中,所述电流环控制单元还包括第四电容、第五电容和第九电阻,所述第九电阻的一端连接第一比较器的反相输入端、第二电阻的另一端和第三电阻的另一端,第九电阻的另一端连接通过第四电容连接第一比较器的输出端,所述第五电容与第四电容并联。
进一步的,所述反馈单元包括光电耦合器、第六电容和第十电阻,所述光电耦合器的第2脚连接第二二极管的正极,所述光电耦合器的第1脚连接第三供电端,所述光电耦合器的第3脚通过第十电阻接地,所述光电耦合器的第4脚连接电源管理模块的PWM信号控制端,也通过第六电容的接地。
进一步的,所述电压环控制单元包括第二比较器、第三二极管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻,所述第二比较器的正相输入端通过第十三电阻连接第四供电端、也通过第十四电阻接地,所述第二比较器的反相输入端为电压环控制单元的输入端、其通过第十二电阻连接负载接口的第一端、并通过第十五电阻接地、也通过第十六电阻接地,第二比较器的输出端通过第十一电阻连接第三二极管的负极,所述第三二极管的正极连接光电耦合器的第2脚。
在一较佳实施例中,所述电压环控制单元还包括第七电容和第十七电阻,所述第二比较器的反相输入端依次通过第十七电阻和第七电容连接第二比较器的输出端。
在一较佳实施例中,所述电压环控制单元还包括第八电容,所述第二比较器的正相输入端通过第八电容接地。
在一较佳实施例中,所述电压环控制单元还包括第九电容,所述第二比较器的反相输入端通过第九电容接地。
作为一个示例,本实用新型还提供一种异步伺服控制器,包括控制器主体和以上所述的恒流源控制电路,所述恒流源控制电路连接控制器主体的母线端电源。
相较于现有技术,本实用新型提供了一种异步伺服控制器及其恒流源控制电路。其中,所述恒流源控制电路与电源、外部的电源管理模块和负载接口连接,所述恒流源控制电路包括采样模块和控制模块,所述采样模块由所述电源供电,其采集电源管理模块输出给负载的电信号,并反馈给控制模块,所述控制模块根据所述采样模块采集的电信号对电源管理模块的输出电压和输出电流进行实时控制。所述恒流源控制电路从电源输出端分别对电流和电压进行取样,经与给定值进行比较,然后反馈至电源管理模块调控电源输出进而达到恒流输出目的。本实用新型成本较低,且有利于生产质量控制,同时提高了工作稳定性,进一步提升了控制精度,加快了系统控制响应速度。
附图说明
图1为本实用新型提供的恒流源控制电路的结构框图。
图2为本实用新型提供的恒流源控制电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。
应当理解,下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。相反,本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
如图1所示,本实用新型提供的恒流源控制电路,与电源(图中未标号)、外部的电源管理模块(图中未标号)和负载接口(图中未标号)连接,所述恒流源控制电路包括采样模块10和控制模块20,所述采样模块10由所述电源供电,其采集电源管理模块输出给负载的电信号,并反馈给控制模块20,所述控制模块20根据所述采样模块采集的电信号对电源管理模块的输出电压和输出电流进行实时控制。
以注塑机为例,在本实用新型的恒流源控制电路中,所述电源可采用注塑机控制器的电源,电源管理模块可为注塑机的电源芯片,如UC3845的电源模块,所述负载接口可为液压阀的接口。
本实用新型通过所述恒流源控制电路的采样模块10从电源输出端分别对电流和电压进行采样,并输出给控制模块,经与给定值进行比较,然后反馈至控制电源管理模块,然后控制电源管理模块调控输出的PWM信号脉宽从而控制输出电压,进而达到恒流输出目的。
进一步的,所述控制模块包括电流环控制单元21和电压环控制单元22,所述电流环控制单元21实时监控所述采样模块10采集到的电流信号,以控制电源管理模块的输出电流,所述电压环控制单元22实时监控所述采样模块采集到的电压信号,以控制电源管理模块的输出电压。
进一步的,所述控制模块20还包括反馈单元23,所述反馈单元23根据电流环控制单元21和/或电压环控制单元22的信号,输出相应的控制信号并反馈至外部的电源管理模块,以实时调控电源管理模块的输出。
本实用新型的控制模块中,所述电流环控制单元21接收采样模块采集到的电流信号,并将电流信号与基准值进行比较,然后将反馈结果输送至反馈单元23;所述电压环控制单元22接收采样模块采集到的电压信号,并将电压信号与基准值进行比较,然后将反馈结果输送至反馈单元23。所述反馈单元23再根据电流环控制单元21和电压环控制单元22的反馈信号,反馈至外部的电源管理模块,外部的电源管理模块根据反馈单元23的反馈信号实时调控电源电压电流输出。
请继续参阅图2,采样模块10包括第一二极管D1、第一电解电容E1、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3,所述第一二极管D1的正极连接电源,所述第一二极管D1的负极连接第一电解电容E1的正极、第一电容C1的一端、第一电阻R1的一端和负载接口的第一端,所述第一电解电容的负极、第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端均接地,所述第三电阻R3的另一端、第二电阻R2的另一端连接负载接口的第二端和电流环控制单元21的输入端,所述负载接口的第一端连接电压环控制单元22的输入端。所述采样模块主要用于采集电源输出端的电流、电压信号,作为控制电路的控制点。其中,所述第一二极管D1用于输出端整流,所述第一电解电容和第一电容C1用作输出滤波电容,第一电阻R1作为电路的假负载。
优选的,所述第二电阻R2和第三电阻R3为取样电阻,本实施例取样电阻选用精度较高的猛铜材料,有利于把误差控制到最低。
在本实施例中,所述控制模块使用了一个运算放大芯片,用于监控采样信号,同时将采样信号与基准值做比较,并将比较结果输送至反馈单元。
较佳的,所述运算放大芯片采用型号为LM358的芯片,有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器即(即下文的第一比较器U1A和第二比较器U1B),适合于电源电压范围很宽的单电源使用。应当说明的是,该芯片的选择型号只是本实施例例举的一个较佳实例,本技术领域的技术人员采用的任何同等替换,也在本实用新型权利要求的保护范围内。
请继续参阅图1和图2,具体的,所述电流环控制单元21包括第一比较器U1A,第二二极管D2、第二电容C2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8,所述第一比较器U1A的正相输入端通过第四电阻R4连接第一供电端、并通过第五电阻R5接地、也通过第六电阻R6接地、还通过第七电阻R7接地,所述第一比较器U1A的反相输入端为电流环控制单元的输入端、其连接第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的另一端,所述第一比较器U1A的输出端通过第八电阻R8连接第二二极管D2的负极,所述第二二极管D2的正极连接反馈单元,所述第一比较器U1A的电源端连接第二供电端、并通过第二电容C2接地。所述电流环控制单元基于单电源LM358运算放大芯片,对输出电流进行实时精确控制。
较佳地,所述电流环控制单元21还包括第三电容C3,所述第三电容C3的一端连接第一比较器U1A的正相输入端,第三电容C3的另一端接地,所述第三电容C3用于运放正向输入端信号滤波。
较佳地,所述电流环控制单元21还包括第四电容C4、第五电容C5和第九电阻R9,所述第九电阻R9的一端连接第一比较器U1A的反相输入端、第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的另一端,第九电阻R9的另一端连接通过第四电容C4连接第一比较器U1A的输出端,所述第五电容C5与第四电容C4并联,第五电容C5、第六电容C6和第九电阻R9用于抑制运放高次谐波、改善信号质量。
进一步的,所述反馈单元包括光电耦合器U2、第六电容C6和第十电阻R10,所述光电耦合器U2的第2脚连接第二二极管D2的正极,所述光电耦合器U2的第1脚连接第三供电端,所述光电耦合器U2的第3脚通过第十电阻R10接地,所述光电耦合器U2的第4脚连接电源管理模块的PWM信号控制端,也通过第六电容C6的接地。
具体的,本实施例中第一供电端采用单电源5V供电,光电耦合器U2采用单电源15V供电(第三供电端),第一比较器U1A作为比较器使用单电源15V供电(第二供电端),第二电容C2是作为去耦电容,第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7分压产生的0.05V用于运放正向输入端作为比较器的基准电压,电流采样信号从运放反向输入端接入;光电耦合器U2原边、第二二极管D2、第八电阻R8与运放输出端构成回路,光电耦合器U2第4脚接电源管理模块的PWM信号控制端。
当负载输出端电流大于1A时,电流采样信号大于基准电压0.05V,此时第一比较器U1A翻转输出低电平,使光电耦合器U2的第2脚拉低为低电平,此时光电耦合器U2工作,把PWM-CTRL信号拉低,并反馈到电源管理模块中,从而控制电源管理模块的电源输出PWM的占空比,这样就形成了电流的闭环控制,把输出电流实时控制在1A。
进一步的,所述电压环控制单元包括第二比较器U1B、第三二极管D3、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16,所述第二比较器U1B的正相输入端通过第十三电阻R13连接第四供电端、也通过第十四电阻R14接地,所述第二比较器U1B的反相输入端为电压环控制单元的输入端、其通过第十二电阻R12连接负载接口的第一端、并通过第十五电阻R15接地、也通过第十六电阻R16接地,第二比较器U1B的输出端通过第十一电阻R11连接第三二极管D3的负极,所述第三二极管D3的正极连接光电耦合器U2的第2脚。所述电压环控制单元22基于单电源LM358运算放大芯片,对输出电压进行实时精确控制。
较佳地,所述电压环控制单元22还包括第七电容C7和第十七电阻R17,所述第二比较器U1B的反相输入端依次通过第十七电阻R17和第七电容C7连接第二比较器U1B的输出端,第十七电阻R17和第七电容C7构成谐波抑制电路,用于抑制运放高次谐波、改善信号质量。
较佳地,所述电压环控制单元还包括第八电容C8,所述第二比较器U1B的正相输入端通过第八电容C8接地,第八电容C8用于运放正向输入端信号滤波。
较佳地,所述电压环控制单元还包括第九电容C9,所述第二比较器U1B的反相输入端通过第九电容C9接地,第九电容C9用于反向输入端信号滤波。
具体的,在本实施例中,所述电压环控制单元21与电流环控制单元22使用同一个运算放大芯片,第四供电端采用单电源5V供电,第十三电阻R13和第十四电阻R14分压产生的2.5V,用于运放正向输入端作为比较器的基准电压,电压采样信号经第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十二电阻R12分压后从运放的反向输入端接入;光电耦合器U2原边、第三二极管D3、第十一电阻R11与运放的输出端构成回路,光电耦合器U2的第4脚接电源管理模块的PWM信号控制端。
当负载输出端电压大于48V时,电压采样信号分压后大于基准电压2.5V,此时第二比较器翻转输出低电平,使光电耦合器U2的第2脚拉低为低电平,此时光电耦合器U2工作,把PWM-CTRL信号拉低,并反馈到电源管理模块中,从而控制电源管理模块的电源输出PWM的占空比,这样就形成了电压的闭环控制,把输出电压控制在48V,所述电压环控制单元与电流环控制单元共同作用时,变化范围在0~48V。
基于以上所述的恒流源控制电路,本实用新型还提供一种异步伺服控制器,包括控制器主体和所述恒流源控制电路,所述恒流源控制电路连接控制器主体的母线端电源。本实用新型提供的异步伺服控制器工作稳定,控制精度高,系统控制响应速度快。由于上文已对恒流源控制电路进行了详细描述,而且异步伺服控制器的控制器主体为现有技术,此处不再赘述。
本实施例通过采样模块从电源输出端分别对电流和电压进行采样,所述电流环控制单元接收采样模块采集到的电流信号,并将电流信号与基准值进行比较,然后将反馈结果输送至反馈单元;所述电压环控制单元接收采样模块采集到的电压信号,并将电压信号与基准值进行比较,然后将反馈结果输送至反馈单元。所述反馈单元再根据电流环控制单元和电压环控制单元的反馈信号,反馈至外部的电源管理模块,外部的电源管理模块根据反馈单元的反馈信号调控输出的PWM信号脉宽从而控制输出电压,进而达到恒流输出目的。具体的,当负载输出端电流大于1A时,电流采样信号大于基准电压0.05V,此时第一比较器翻转输出低电平,光电耦合器U2工作,把PWM-CTRL信号拉低,从而控制电源输出PWM的占空比,这样就形成了电流的闭环控制,把输出电流实时控制在1A。当负载输出端电压大于48V时,电压采样信号分压后大于基准电压2.5V,此时第二比较器翻转输出低电平,光电耦合器U2工作,把PWM-CTRL信号拉低从而控制电源输出PWM的占空比,这样就形成了电压的闭环控制,把输出电压控制在48V,所述电压环控制单元与电流环控制单元共同作用时,输出电压能够根据负载电阻的变化而变化,变化范围在0~48V,从而不管负载电阻如何变化,输出电流都恒定在1A。
本实用新型的上述典型实施例已在满载老化后实际检测该电路,实际测试过程中从输出端接48欧姆以下不同负载,都可达到1A的恒流输出效果。
综上所述,本实用新型的恒流源控制电路进一步简化了电路拓扑结构,电子元件更少,成本更低,而且控制响应速度快,有利于生产质量控制,从而大大降低了故障率,进一步降低了生产成本。相应的,本实用新型的异步伺服控制器,在现有产品而且不增加成本的基础上进一步完善,且有利于生产质量控制,同时提高了工作稳定性,进一步提升了控制精度,加快了系统控制响应速度,从而提高了液压阀控制的灵活性,进一步提升了顶阀控制的精准度。
以上已经参照说明性实施例描述了典型实施例。显然,本领域普通技术人员在参照上述的详细描述后,可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变。可以理解的是,典型实施例应被解释为包括所有这样的修改和替换,只要这些修改和替换都落在所附的权利要求书和它的等效物的范围之内。

Claims (10)

1.一种恒流源控制电路,与电源、外部的电源管理模块和负载接口连接,其特征在于,所述恒流源控制电路包括采样模块和控制模块,所述采样模块由所述电源供电,其采集电源管理模块输出给负载的电信号,并反馈给控制模块,所述控制模块根据所述采样模块采集的电信号对电源管理模块的输出电压和输出电流进行实时控制。
2.根据权利要求1所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述控制模块包括电流环控制单元和电压环控制单元,所述电流环控制单元实时监控所述采样模块采集到的电流信号,以控制电源管理模块的输出电流,所述电压环控制单元实时监控所述采样模块采集到的电压信号,以控制电源管理模块的输出电压。
3.根据权利要求2所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述控制模块还包括反馈单元,所述反馈单元根据电流环控制单元和/或电压环控制单元的信号,输出相应的控制信号并反馈至外部的电源管理模块,以实时调控电源管理模块的输出。
4.根据权利要求3所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述采样模块包括第一二极管、第一电解电容、第一电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻,所述第一二极管的正极连接电源,所述第一二极管的负极连接第一电解电容的正极、第一电容的一端、第一电阻的一端和负载接口的第一端,所述第一电解电容的负极、第一电容的另一端、第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端均接地,所述第三电阻的另一端、第二电阻的另一端连接负载接口的第二端和电流环控制单元的输入端,所述负载接口的第一端连接电压环控制单元的输入端。
5.根据权利要求4所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述电流环控制单元包括第一比较器,第二二极管、第二电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻,所述第一比较器的正相输入端通过第四电阻连接第一供电端、并通过第五电阻接地、也通过第六电阻接地、还通过第七电阻接地,所述第一比较器的反相输入端为电流环控制单元的输入端、其连接第二电阻的另一端和第三电阻的另一端,所述第一比较器的输出端通过第八电阻连接第二二极管的负极,所述第二二极管的正极连接反馈单元,所述第一比较器的电源端连接第二供电端、并通过第二电容接地。
6.根据权利要求4所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述电流环控制单元还包括第三电容,所述第三电容的一端连接第一比较器的正相输入端,第三电容的另一端接地。
7.根据权利要求4所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述电流环控制单元还包括第四电容、第五电容和第九电阻,所述第九电阻的一端连接第一比较器的反相输入端、第二电阻的另一端和第三电阻的另一端,第九电阻的另一端连接通过第四电容连接第一比较器的输出端,所述第五电容与第四电容并联。
8.根据权利要求5所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述反馈单元包括光电耦合器、第六电容和第十电阻,所述光电耦合器的第2脚连接第二二极管的正极,所述光电耦合器的第1脚连接第三供电端,所述光电耦合器的第3脚通过第十电阻接地,所述光电耦合器的第4脚连接电源管理模块的PWM信号控制端,也通过第六电容的接地。
9.根据权利要求8所述的恒流源控制电路,其特征在于,所述电压环控制单元包括第二比较器、第三二极管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻,所述第二比较器的正相输入端通过第十三电阻连接第四供电端、也通过第十四电阻接地,所述第二比较器的反相输入端为电压环控制单元的输入端、其通过第十二电阻连接负载接口的第一端、并通过第十五电阻接地、也通过第十六电阻接地,第二比较器的输出端通过第十一电阻连接第三二极管的负极,所述第三二极管的正极连接光电耦合器的第2脚。
10.一种异步伺服控制器,包括控制器主体,其特征在于,所述异步伺服控制器包括权利要求1-9任意一项所述的恒流源控制电路,所述恒流源控制电路连接控制器主体的母线端电源。
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