CN212012500U - 安全转矩关断电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种安全转矩关断电路，该安全转矩关断电路包括输入模块、转换模块以及输出模块，其中：所述输入模块经所述转换模块与所述输出模块连接；所述输入模块用于接收外部控制系统发出的STO信号，并将STO信号的电压输出至所述转换模块；所述转换模块用于将所述STO信号的电压转换为预设输出电压，并将所述预设输出电压输出至所述输出模块；所述输出模块用于将所述预设输出电压输出至驱动器的驱动板，以通过所述预设输出电压来控制所述驱动器带动电机起动或停止电机起动。本实用新型在输入的STO信号为电机停止时能保证转矩关断，防止电机意外起动，提高安全性。

Description

安全转矩关断电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种安全转矩关断电路。

背景技术

目前，在塑料机械行业中，为防止电机意外起动而发生意外事故，针对驱动器（变频器、伺服驱动器等等）产品提出了功能安全的相关要求。STO（Safe Torque Off，安全转矩关断）就是其中一种安全功能，安全转矩关断功能是防止电机停止时产生转矩，从而提升安全性能。

目前现有的安全转矩关断电路一般采用开关控制方式，将输入的STO信号作为控制信号来控制安全转矩关断电路内部的开关管的导通或关断。当输入的STO信号的电压为高电平时（STO信号导通），开关管导通，安全转矩关断电路将内部电源通过开关管输出预设电压，驱动器能正常运行；当输入的STO信号的电压为低电平时（STO信号关断），开关管关断，安全转矩关断电路无电压输出，驱动器保持在安全转矩关断状态。但是当安全转矩关断电路内部的开关管失效时，其中一种失效模式是开关管短路，当此失效模式发生时，当输入的STO信号的电压为低电平时，安全转矩关断电路也会将内部电源通过短路的开关管输出预设电压，导致驱动器不能进入安全转矩关断状态。此时可以通过驱动器的软件或使能开关来使驱动器运行，存在一定的安全隐患。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种安全转矩关断电路及系统，旨在电机停止时保证转矩关断，防止电机意外起动。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种安全转矩关断电路，包括输入模块、转换模块以及输出模块，其中：

所述输入模块经所述转换模块与所述输出模块连接；

所述输入模块用于接收外部控制系统发出的STO信号，并将STO信号的电压输出至所述转换模块；

所述转换模块用于将所述STO信号的电压转换为预设输出电压，并将所述预设输出电压输出至所述输出模块；

所述输出模块用于将所述预设输出电压输出至驱动器的驱动板，以通过所述预设输出电压来控制所述驱动器带动电机起动或停止电机起动。

优选地，所述输入模块包括第一输入防护电路，所述第一输入防护电路包括第一TVS保护器件，第一二极管，所述第一TVS保护器件的一端与所述STO信号的电压的正极连接，所述第一TVS保护器件的另一端与所述STO信号的电压的负极连接，所述STO信号的电压的负极接地；所述第一二极管的阳极与所述STO信号的电压的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述转换模块连接。

优选地，所述转换模块包括第一前级稳压电路、第一开关驱动电路、第一变压隔离电路、第一整流电路，其中：

所述第一前级稳压电路用于对所述STO信号的电压进行稳压处理，得到稳定输出电压；

所述第一开关驱动电路用于对所述稳定输出电压进行处理，得到互补的方波信号，并对互补的方波信号进行放大处理；

所述第一变压隔离电路用于对放大后的互补的方波信号进行处理，得到与输入的STO信号隔离的方波电压；

所述第一整流电路用于对所述方波电压进行整流处理，得到直流输出电压。

优选地，所述第一前级稳压电路包括第一电容、第二电容以及第一稳压器，所述第一电容的一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一电容的另一端接地；所述第一稳压器的输入端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一稳压器的接地端接地，所述第一稳压器的输出端经所述第二电容接地，所述第一稳压器的输出端还与所述第一开关驱动电路连接；

所述第一开关驱动电路包括第一电阻、第五电容、第六电容、开关信号发生器、第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，所述开关信号发生器包括第一调节引脚、第二调节引脚、第三调节引脚、输入引脚、第一输出引脚、第二输出引脚，所述第一调节引脚经所述第五电容与所述第三调节引脚连接，所述第二调节引脚经所述第一电阻与所述第三调节引脚连接，所述第一稳压器的输出端与所述输入引脚连接，所述第一稳压器的输出端还经所述第六电容接地，所述第六电容与所述输入引脚并联；所述第一输出引脚与所述第一三极管的基极及第二三极管的基极连接，所述第二输出引脚与所述第三三极管的基极及所述第四三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极及所述第三三极管的集电极与所述稳压器的输出端连接，所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的发射极与所述第一变压隔离电路连接，所述第三三极管的发射极及所述第四三极管的发射极与所述第一变压隔离电路连接，所述第二三极管的集电极及所述第四三极管的集电极接地；

所述第一变压隔离电路包括隔离变压器，所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的发射极与所述隔离变压器初级端的一端连接，所述第三三极管的发射极及所述第四三极管的发射极与所述隔离变压器初级端的另一端连接，所述隔离变压器的次级端与所述第一整流电路连接；

所述第一整流电路包括第一双二极管、第二双二极管，所述隔离变压器的次级端分别与所述第一双二极管、第二双二极管的阳极连接，所述第一双二极管、第二双二极管的阴极与所述输出模块连接。

优选地，所述输出模块包括第一后级稳压电路，所述第一后级稳压电路包括第七电容、第八电容以及第二稳压器，所述第二稳压器的输入端与所述第一双二极管、第二双二极管的阴极连接，所述第二稳压器的输入端还经所述第七电容接地，所述第二稳压器的接地端接地，所述第二稳压器的输出端经所述第八电容接地，所述第二稳压器的输出端还与驱动器的驱动板连接，以控制驱动板IGBT的开通和关断。

优选地，所述输出模块还包括第一电压比较电路，所述第一电压比较电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十九电阻、第十三电容、第十四电容以及第一比较器，所述第二稳压器的输出端经所述第五电阻与所述第一比较器的负脚连接，所述第一比较器的负脚还经并联的所述第六电阻、第十四电容接地，预设基准电压经所述第四电阻与所述第一比较器的正脚连接，所述第一比较器的正脚还经并联的所述第三电阻、第十三电容接地，所述第一比较器的输出端经所述第十九电阻与预设基准电压连接，所述第一比较器的输出端还与驱动器的主板连接，以输出第一反馈信号至驱动器的控制芯片。

优选地，所述输出模块还包括第三电压比较电路、光耦隔离电路、三极管开关电路，其中：

所述第三电压比较电路包括：第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电容、第十八电容以及第二比较器，所述第二稳压器的输出端经所述第十三电阻与所述第二比较器的负脚连接，所述第一比较器的负脚还经并联的所述第十四电阻、第十八电容接地，预设基准电压经所述第十二电阻与所述第二比较器的正脚连接，所述第二比较器的正脚还经并联的所述第十一电阻、第十七电容接地，所述第二比较器的输出端还与所述光耦隔离电路连接；

所述光耦隔离电路包括第二十一电阻、第二十二电阻、第二十二电容以及光电耦合器，所述第二比较器的输出端经所述第二十一电阻与所述光电耦合器的2号引脚连接，所述光电耦合器的1号引脚与预设基准电压连接，所述预设基准电压还经并联的所述第二十二电阻、第二十二电容与所述光电耦合器的2号引脚连接，所述光电耦合器的3号引脚、4号引脚与所述三极管开关电路连接；

所述三极管开关电路包括第二十三电阻、第二十四电阻、第七二极管、第九三极管以及自恢复保险丝，所述光电耦合器的3号引脚经所述第二十四电阻接地，所述光电耦合器的4号引脚与所述第九三极管的基极连接，所述光电耦合器的4号引脚还经所述第二十三电阻与预设电源连接，所述预设电源与所述第九三极管的发射极连接，所述预设电源还与所述第七二极管的阴极连接，所述第七二极管的阳极与所述第九三极管的集电极连接，所述第九三极管的集电极还经所述自恢复保险丝与外部控制系统连接，以输出第二反馈信号至所述外部控制系统。

优选地，所述输入模块还包括第二输入防护电路，所述转换模块还包括第二前级稳压电路、第二开关驱动电路、第二变压隔离电路、第二整流电路，所述输出模块还包括第二后级稳压电路。

优选地，所述输出模块还包括第二电压比较电路和/或第四电压比较电路，其中：

所述第二电压比较电路连接在所述第二后级稳压电路与驱动器的主板之间，用于输出第三反馈信号至所述驱动器的控制芯片；

所述第四电压比较电路与所述光耦隔离电路连接，用于输出第四反馈信号至外部控制系统。

本实用新型提出的一种安全转矩关断电路及系统，通过转换模块将输入的STO信号的电压转换为预设输出电压，并通过输出模块将所述预设输出电压输出至驱动器的驱动板。一方面由于采用能量传递方式，当输入的STO信号的电压为低电平时，本电路的任何一个元件坏掉，本电路都无预设输出电压输出，能够可靠保证驱动器保持在安全转矩关断状态。另一方面由于是采用硬件执行的方式，将输入的STO信号的电压转换为稳定的预设输出电压来控制驱动器带动电机起动或停止电机起动，而不是由软件指令来决定电机允许运行或不能运行。因此，在驱动器软件发生故障时，也不会因为驱动器软件发出错误的软件指令使驱动器带动电机运行，从而在输入的STO信号为电机停止时能保证转矩关断，防止电机意外起动，提高安全性。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路的结构框图；

图2是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一输入防护电路与第一前级稳压电路的电路图；

图4是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一开关驱动电路的电路图；

图5是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一变压隔离电路、第一整流电路与第一后级稳压电路的电路图；

图6是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一电压比较电路的电路图；

图7是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第三电压比较电路、光耦隔离电路与三极管开关电路的电路图；

图8是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第二输入防护电路与第二前级稳压电路的电路图；

图9是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第二开关驱动电路的电路图；

图10是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第二变压隔离电路、第二整流电路与第二后级稳压电路的电路图；

图11是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第二电压比较电路的电路图；

图12是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第四电压比较电路的电路图。

为了使本实用新型的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在将参考附图描述实现本实用新型的各个实施例。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1，图1是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路的结构框图。

本实用新型较佳实施例提出一种安全转矩关断电路，包括输入模块1、转换模块2以及输出模块3，其中：

输入模块1经转换模块2与输出模块3连接；

输入模块1用于接收外部控制系统（如注塑机或车床系统等）发出的STO信号，并将STO信号的电压输出至转换模块2；

转换模块2用于将所述STO信号的电压转换为预设输出电压，并将所述预设输出电压输出至输出模块3；

输出模块3用于将所述预设输出电压输出至驱动器（如变频器、伺服驱动器等）的驱动板，以通过所述预设输出电压来控制所述驱动器带动电机起动或停止电机起动。

本实施例通过转换模块2将输入的STO信号的电压转换为预设输出电压，并通过输出模块3将所述预设输出电压输出至驱动器的驱动板。由于是采用硬件执行的方式，将输入的STO信号的电压转换为稳定的预设输出电压来控制驱动器带动电机起动或停止电机起动，而不是由软件指令来决定电机允许运行或不能运行。因此，在驱动器软件发生故障时，也不会因为驱动器软件发出错误的软件指令使驱动器带动电机运行，从而在输入的STO信号为电机停止时能保证转矩关断，防止电机意外起动，提高安全性。

具体地，参照图2所示，图2是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路的电路结构示意图。本实施例中的安全转矩关断电路包括第一输入防护电路11、第一前级稳压电路12、第一开关驱动电路13、第一变压隔离电路14、第一整流电路15、第一后级稳压电路16、第一电压比较电路17、第三电压比较电路31、光耦隔离电路33、三极管开关电路34。其中：第一前级稳压电路12用于对所述STO信号的电压进行稳压处理，得到稳定输出电压；第一开关驱动电路13用于对所述稳定输出电压进行处理，得到互补的方波信号，并对互补的方波信号进行放大处理；第一变压隔离电路14用于对放大后的互补的方波信号进行处理，得到方波电压；第一整流电路15用于对所述方波电压进行整流处理，得到直流输出电压。第一后级稳压电路16还与驱动器（变频器、伺服驱动器等）的驱动板连接，以控制驱动板IGBT的开通和关断，进而控制电机运行或停止。第一电压比较电路17还与驱动器的主板连接，以输出第一反馈信号至驱动器的控制芯片。三极管开关电路34还与控制器连接，以输出第二反馈信号至所述控制器，所述控制器即外部控制系统，包括如注塑机或车床系统等。此外，本实施例中的安全转矩关断电路还包括第二输入防护电路21、第二前级稳压电路22、第二开关驱动电路23、第二变压隔离电路24、第二整流电路25、第二后级稳压电路26、第二电压比较电路27、第四电压比较电路32。

本实施例中采用两个独立的STO控制通道，任意一个控制通道故障不影响另外一个通道的防止电机停止时产生转矩功能。

参照图3所示，图3是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一输入防护电路与第一前级稳压电路的电路图。

所述第一输入防护电路11包括第一TVS保护器件DN1，第一二极管D1，所述第一TVS保护器件DN1的一端与所述STO信号的电压的正极即图中STO1+连接，所述第一TVS保护器件DN1的另一端与所述STO信号的电压的负极连接，所述STO信号的电压的负极接地；所述第一二极管D1的阳极与所述STO信号的电压的正极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述转换模块连接。其中，所述第一TVS保护器件DN1采用单个双向TVS管或两个单向TVS管串联而成。

所述第一前级稳压电路12包括第一电容C1、第二电容C2以及第一稳压器U1，所述第一电容C1的一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一电容C1的另一端接地；所述第一稳压器U1的输入端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一稳压器U1的接地端接地，所述第一稳压器U1的输出端经所述第二电容C2接地，所述第一稳压器U1的输出端还与所述第一开关驱动电路13连接。

参照图4所示，图4是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一开关驱动电路的电路图。

所述第一开关驱动电路13包括第一电阻R1、第五电容C5、第六电容C6、开关信号发生器U3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3以及第四三极管Q4，所述开关信号发生器U3包括第一调节引脚即脚1、第二调节引脚即脚2、第三调节引脚即脚3、输入引脚即脚4、5、6、12、14、第一输出引脚即脚10、第二输出引脚即脚11，所述第一调节引脚经所述第五电容C5与所述第三调节引脚连接，所述第二调节引脚经所述第一电阻R1与所述第三调节引脚连接，所述第一稳压器U1的输出端与所述输入引脚如脚4、5、6连接，所述第一稳压器U1的输出端还经所述第六电容C6接地，所述第六电容C6与所述输入引脚如脚12、14并联；所述第一输出引脚与所述第一三极管Q1的基极及第二三极管Q2的基极连接，所述第二输出引脚与所述第三三极管Q3的基极及所述第四三极管Q4的基极连接，所述第一三极管Q1的集电极及所述第三三极管Q3的集电极与所述第一稳压器U1的输出端连接，所述第一三极管Q1的发射极及所述第二三极管Q2的发射极与所述第一变压隔离电路14连接，所述第三三极管Q3的发射极及所述第四三极管Q4的发射极与所述第一变压隔离电路14连接，所述第二三极管Q2的集电极及所述第四三极管Q4的集电极接地。

参照图5所示，图5是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一变压隔离电路、第一整流电路与第一后级稳压电路的电路图。

所述第一变压隔离电路14包括第一隔离变压器T1，所述第一三极管Q1的发射极及所述第二三极管Q2的发射极与所述第一隔离变压器T1初级端的一端连接，所述第三三极管Q3的发射极及所述第四三极管Q4的发射极与所述第一隔离变压器T1初级端的另一端连接，所述第一隔离变压器T1的次级端与所述第一整流电路15连接；

所述第一整流电路15包括第一双二极管D3、第二双二极管D4，所述第一隔离变压器T1的次级端分别与所述第一双二极管D3、第二双二极管D4的阳极连接，所述第一双二极管D3、第二双二极管D4的阴极与所述第一后级稳压电路16连接。

所述第一后级稳压电路16包括第七电容C7、第八电容C8以及第二稳压器U5，所述第二稳压器U5的输入端与所述第一双二极管D3、第二双二极管D4的阴极连接，所述第二稳压器U5的输入端还经所述第七电容C7接地，所述第二稳压器U5的接地端接地，所述第二稳压器U5的输出端经所述第八电容C8接地，所述第二稳压器U5的输出端还与驱动器的驱动板连接，输出“5V1”至驱动器的驱动板，以控制驱动板IGBT的开通和关断。

参照图6所示，图6是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第一电压比较电路的电路图。

所述第一电压比较电路17包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第十九电阻R19、第十三电容C13、第十四电容C14以及第一比较器U7A，所述第二稳压器U5的输出端经所述第五电阻R5与所述第一比较器U7A的负脚连接，所述第一比较器U7A的负脚还经并联的所述第六电阻R6、第十四电容C14接地，预设基准电压如5V经所述第四电阻R4与所述第一比较器U7A的正脚连接，所述第一比较器U7A的正脚还经并联的所述第三电阻R3、第十三电容C13接地，所述第一比较器U7A的输出端经所述第十九电阻R19与预设基准电压如5V连接，所述第一比较器U7A的输出端还与驱动器的主板连接，输出“STO1out”至驱动器的主板，以输出第一反馈信号至驱动器的控制芯片。

参照图7所示，图7是本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路中第三电压比较电路、光耦隔离电路与三极管开关电路的电路图。

所述第三电压比较电路31包括：第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十七电容C17、第十八电容C18以及第二比较器U7C，所述第二稳压器U5的输出端经所述第十三电阻R13与所述第二比较器U7C的负脚连接，所述第一比较器U7C的负脚还经并联的所述第十四电阻R14、第十八电容C18接地，预设基准电压如5V经所述第十二电阻R12与所述第二比较器U7C的正脚连接，所述第二比较器U7C的正脚还经并联的所述第十一电阻R11、第十七电容C17接地，所述第二比较器U7C的输出端还与所述光耦隔离电路33连接。

所述光耦隔离电路33包括第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十二电容C22以及光电耦合器PC1，所述第二比较器U7C的输出端经所述第二十一电阻R21与所述光电耦合器 PC1的2号引脚连接，所述光电耦合器 PC1的1号引脚与预设基准电压如5V连接，所述预设基准电压还经并联的所述第二十二电阻R22、第二十二电容C22与所述光电耦合器 PC1的2号引脚连接，所述光电耦合器PC1的3号引脚、4号引脚与所述三极管开关电路34连接。

所述三极管开关电路34包括第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第七二极管D7、第九三极管Q9以及自恢复保险丝F1，所述光电耦合器 PC1的3号引脚经所述第二十四电阻R24接地，所述光电耦合器 PC1的4号引脚与所述第九三极管Q9的基极连接，所述光电耦合器的4号引脚还经所述第二十三电阻R23与预设电源如24V连接，所述预设电源与所述第九三极管Q9的发射极连接，所述预设电源还与所述第七二极管D7的阴极连接，所述第七二极管D7的阳极与所述第九三极管Q9的集电极连接，所述第九三极管Q9的集电极还经所述自恢复保险丝F1与外部控制系统连接，输出“STOFB”至外部控制系统，以输出第二反馈信号至所述外部控制系统。

参照图8至图12所示，本实施例中安全转矩关断电路包括另一个独立的STO控制通道，该STO控制通道包括第二输入防护电路21、第二前级稳压电路22、第二开关驱动电路23、第二变压隔离电路24、第二整流电路25、第二后级稳压电路26、第二电压比较电路27、第四电压比较电路32，其与上述第一输入防护电路11、第一前级稳压电路12、第一开关驱动电路13、第一变压隔离电路14、第一整流电路15、第一后级稳压电路16、第一电压比较电路17、第三电压比较电路31的电路结构相似，在此不再赘述。需要说明的是，所述第四电压比较电路32与所述光耦隔离电路33连接，具体为所述第四电压比较电路32中比较器U7D的输出端经所述第二十一电阻R21与所述光电耦合器的2号引脚连接。

本实用新型较佳实施例安全转矩关断电路的工作原理具体描述如下：

当外部控制系统如注塑机或车床系统控制STO信号正常导通时，STO1+和STO1_GND之间有24V电压，TVS管DN1起到抗EMC干扰作用，24V电压通过二极管D1输入到稳压器件U1的输入端，此时稳压器件U1的输出端STO1_VOUT有稳定电压输出，其中电容C1、C2起到滤波作用。U1的输出电压STO1_VOUT提供给开关信号发生器U3，U3的10脚和11脚产生互补的方波信号Q1+、Q1-，Q1+、Q1-控制三极管Q1、Q2、Q3、Q4将互补的方波信号进行放大，目的是增加电流驱动能力。这里电容C5、电阻R1的作用是调节开关信号发生器的开关频率，电容C6起到滤波作用。放大后的互补方波信号Q1+T、Q1-T去驱动隔离变压器T1的初级端，T1的次级端产生方波电压，经过双二极管D3、D4整流后产生直流电压，直流电压输入到稳压器件U5的输入端，U5的输出端5V1有稳定的电压输出，其中电容C7、C8起到滤波作用。U5输出端5V1的稳定电压控制驱动板IGBT的开通。

另一方面，5V1电压通过电阻R5、R6分压后的电压值输出到电压比较器U7的A部分即U7A的4脚，5V电压通过电阻R3、R4分压后的电压值输出到电压比较器U7的A部分的5脚，通过设置R3、R4、R5、R6的阻值，当5V1有稳定的电压输出时，比较器的A部分4脚电压比5脚电压高，此时比较器的A部分2脚输出低电平（正常）信号给驱动器控制芯片进行反馈。

同理，当5V1有稳定的电压输出时，比较器U7的C部分即U7C的8脚电压比9脚电压高，此时比较器的C部分14脚输出低电平（正常），使光耦PC1导通，使三极管Q9导通，24V高电平通过Q9、F1输出STOFB高电平（正常）信号反馈给注塑机或车床控制系统。

反之，当注塑机或车床系统控制STO信号关断时，STO1+和STO1_GND之间没有24V电压，稳压器件U1的输入端没有电压输入，此时稳压器件U1的输出端STO1_VOUT没有电压输出。此时开关信号发生器U3不能工作，U3的10脚和11脚不能产生互补的方波信号Q1+、Q1-，三极管Q1、Q2、Q3、Q4也没有放大后的互补方波信号Q1+T、Q1-T输出，隔离变压器T1的初级端没有电压信号输入，T1的次级端没有方波电压输出，双二极管D3、D4没有直流电压输出，稳压器件U5的输出端5V1没有电压输出，驱动板IGBT关断。

另一方面，5V1没有电压输出，比较器的A部分4脚电压比5脚电压低，此时比较器的A部分2脚输出高电平（关断）信号反馈给驱动器控制芯片。

同理，当5V1没有电压输出时，比较器U7的C部分的8脚电压比9脚电压低，此时比较器的C部分14脚输出高电平（关断），使光耦PC1关断，三极管Q9不导通，F1输出STOFB低电平（关断）信号反馈给注塑机或车床控制系统。

本实施例中的安全转矩关断电路提供了防止电机意外起动的功能，采用两个独立的STO控制通道，采用硬件执行。任意一个控制通道故障不影响另外一个通道的防止驱动器运行功能。如果一个或两个STO控制输入要求STO功能，驱动器不会运行，甚至是驱动器软件发生故障，试图要求驱动器带动电机起动，驱动器也不会运行。STO功能是硬件执行，屏蔽所有软件企图，软件唯一参与的是报告STO状态来提示用户。

而且，本实施例中安全转矩关断电路的输出电压的来源本质上是STO信号的电压，采用能量传递方式，将输入STO信号的电压通过本电路转换为稳定的输出电压去控制驱动板IGBT开通。当输入STO电压切断时，本电路转换的输出电压也会降低到0V。当输入STO电压切断时，本电路的任何一个元器件失效，都不影响本电路转换的输出电压降低到0V，控制驱动板IGBT关断，能可靠保证转矩关断，安全性高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种安全转矩关断电路，其特征在于，包括输入模块、转换模块以及输出模块，其中：

所述输入模块经所述转换模块与所述输出模块连接；

所述输入模块用于接收外部控制系统发出的STO信号，并将STO信号的电压输出至所述转换模块；

所述转换模块用于将所述STO信号的电压转换为预设输出电压，并将所述预设输出电压输出至所述输出模块；

所述输出模块用于将所述预设输出电压输出至驱动器的驱动板，以通过所述预设输出电压来控制所述驱动器带动电机起动或停止电机起动。

2.根据权利要求1所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输入模块包括第一输入防护电路，所述第一输入防护电路包括第一TVS保护器件，第一二极管，所述第一TVS保护器件的一端与所述STO信号的电压的正极连接，所述第一TVS保护器件的另一端与所述STO信号的电压的负极连接，所述STO信号的电压的负极接地；所述第一二极管的阳极与所述STO信号的电压的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述转换模块连接。

3.根据权利要求2所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述转换模块包括第一前级稳压电路、第一开关驱动电路、第一变压隔离电路、第一整流电路，其中：

所述第一前级稳压电路用于对所述STO信号的电压进行稳压处理，得到稳定输出电压；

所述第一开关驱动电路用于对所述稳定输出电压进行处理，得到互补的方波信号，并对互补的方波信号进行放大处理；

所述第一变压隔离电路用于对放大后的互补的方波信号进行处理，得到与输入的STO信号隔离的方波电压；

所述第一整流电路用于对所述方波电压进行整流处理，得到直流输出电压。

4.根据权利要求3所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述第一前级稳压电路包括第一电容、第二电容以及第一稳压器，所述第一电容的一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一稳压器的输入端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一稳压器的接地端接地，所述第一稳压器的输出端经所述第二电容接地，所述第一稳压器的输出端还与所述第一开关驱动电路连接；

所述第一开关驱动电路包括第一电阻、第五电容、第六电容、开关信号发生器、第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，所述开关信号发生器包括第一调节引脚、第二调节引脚、第三调节引脚、输入引脚、第一输出引脚、第二输出引脚，所述第一调节引脚经所述第五电容与所述第三调节引脚连接，所述第二调节引脚经所述第一电阻与所述第三调节引脚连接，所述第一稳压器的输出端与所述输入引脚连接，所述第一稳压器的输出端还经所述第六电容接地，所述第六电容与所述输入引脚并联；所述第一输出引脚与所述第一三极管的基极及第二三极管的基极连接，所述第二输出引脚与所述第三三极管的基极及所述第四三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极及所述第三三极管的集电极与所述稳压器的输出端连接，所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的发射极与所述第一变压隔离电路连接，所述第三三极管的发射极及所述第四三极管的发射极与所述第一变压隔离电路连接，所述第二三极管的集电极及所述第四三极管的集电极接地；

所述第一变压隔离电路包括隔离变压器，所述第一三极管的发射极及所述第二三极管的发射极与所述隔离变压器初级端的一端连接，所述第三三极管的发射极及所述第四三极管的发射极与所述隔离变压器初级端的另一端连接，所述隔离变压器的次级端与所述第一整流电路连接；

所述第一整流电路包括第一双二极管、第二双二极管，所述隔离变压器的次级端分别与所述第一双二极管、第二双二极管的阳极连接，所述第一双二极管、第二双二极管的阴极与所述输出模块连接。

5.根据权利要求4所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输出模块包括第一后级稳压电路，所述第一后级稳压电路包括第七电容、第八电容以及第二稳压器，所述第二稳压器的输入端与所述第一双二极管、第二双二极管的阴极连接，所述第二稳压器的输入端还经所述第七电容接地，所述第二稳压器的接地端接地，所述第二稳压器的输出端经所述第八电容接地，所述第二稳压器的输出端还与驱动器的驱动板连接，以控制驱动板IGBT的开通和关断。

6.根据权利要求5所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输出模块还包括第一电压比较电路，所述第一电压比较电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十九电阻、第十三电容、第十四电容以及第一比较器，所述第二稳压器的输出端经所述第五电阻与所述第一比较器的负脚连接，所述第一比较器的负脚还经并联的所述第六电阻、第十四电容接地，预设基准电压经所述第四电阻与所述第一比较器的正脚连接，所述第一比较器的正脚还经并联的所述第三电阻、第十三电容接地，所述第一比较器的输出端经所述第十九电阻与预设基准电压连接，所述第一比较器的输出端还与驱动器的主板连接，以输出第一反馈信号至驱动器的控制芯片。

7.根据权利要求6所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输出模块还包括第三电压比较电路、光耦隔离电路、三极管开关电路，其中：

所述第三电压比较电路包括：第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电容、第十八电容以及第二比较器，所述第二稳压器的输出端经所述第十三电阻与所述第二比较器的负脚连接，所述第一比较器的负脚还经并联的所述第十四电阻、第十八电容接地，预设基准电压经所述第十二电阻与所述第二比较器的正脚连接，所述第二比较器的正脚还经并联的所述第十一电阻、第十七电容接地，所述第二比较器的输出端还与所述光耦隔离电路连接；

所述光耦隔离电路包括第二十一电阻、第二十二电阻、第二十二电容以及光电耦合器，所述第二比较器的输出端经所述第二十一电阻与所述光电耦合器的2号引脚连接，所述光电耦合器的1号引脚与预设基准电压连接，所述预设基准电压还经并联的所述第二十二电阻、第二十二电容与所述光电耦合器的2号引脚连接，所述光电耦合器的3号引脚、4号引脚与所述三极管开关电路连接；

所述三极管开关电路包括第二十三电阻、第二十四电阻、第七二极管、第九三极管以及自恢复保险丝，所述光电耦合器的3号引脚经所述第二十四电阻接地，所述光电耦合器的4号引脚与所述第九三极管的基极连接，所述光电耦合器的4号引脚还经所述第二十三电阻与预设电源连接，所述预设电源与所述第九三极管的发射极连接，所述预设电源还与所述第七二极管的阴极连接，所述第七二极管的阳极与所述第九三极管的集电极连接，所述第九三极管的集电极还经所述自恢复保险丝与外部控制系统连接，以输出第二反馈信号至所述外部控制系统。

8.根据权利要求7所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输入模块还包括第二输入防护电路，所述转换模块还包括第二前级稳压电路、第二开关驱动电路、第二变压隔离电路、第二整流电路，所述输出模块还包括第二后级稳压电路。

9.根据权利要求8所述的安全转矩关断电路，其特征在于，所述输出模块还包括第二电压比较电路和/或第四电压比较电路，其中：

所述第二电压比较电路连接在所述第二后级稳压电路与驱动器的主板之间，用于输出第三反馈信号至所述驱动器的控制芯片；

所述第四电压比较电路与所述光耦隔离电路连接，用于输出第四反馈信号至外部控制系统。

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