CN214228141U - 电容充电软启动电路及伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电容充电软启动电路及伺服控制器。其中，电容充电软启动电路包括充电限流器、自动开关电路和开关控制电路。充电限流器的一端与自动开关电路的第二输入引脚相连，另一端与自动开关电路的第二输出引脚相连。自动开关电路的第二输入引脚和第二输出引脚连通，其处于闭合连通状态；自动开关电路的第一输出引脚和第二输出引脚连通，其处于断开状态。开关控制电路在电容充电模块两端电压不小于预设电压阈值控制第二输入引脚和第二输出引脚连通；在电容充电模块两端电压小于预设电压阈值控制第一输出引脚和第二输出引脚连通。本申请解决了相关技术在继电器处于异常工作状态下，伺服驱动器无法安全运行的问题，提升了伺服驱动器的安全性。

Description

电容充电软启动电路及伺服驱动器

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种电容充电软启动电路及伺服驱动器。

背景技术

伺服系统中一般都有软启动电路，用于在启动时降低对整流电路和母线电容的冲击。具体来说，伺服驱动器的供电主回路采用电容滤波型整流电路，滤波电容初始电压为零，在驱动器上电瞬间会形成很大的浪涌电流，驱动器功率越大，选用的滤波电容容量也越大，最终导致的浪涌电流也越大，大的浪涌电流不仅会烧坏板卡功率器件，还会对电网产生一定的影响，为解决该问题，一般都会设计电容充电软启动电路来减缓电容充电速率。

相关技术中的电容充电软启动电路采用固定阻值的水泥电阻配合继电器的方式来减缓电容充电速率。上电初始状态主回路通过水泥电阻对电容进行充电，当电容两端电压达到一定值时，主控电路控制继电器将水泥电阻短路，主回路通过继电器对后续电路供电，电路正常工作。

由上可见，这种电容充电软启动电路在处于正常工作状态时对继电器依赖很大，可以理解的是，继电器在机械疲劳、驱动故障、负载故障等情况下可能会导致不能有效闭合，而机械疲劳、驱动故障、负载故障等又是不可避免会发生的现象。若继电器没有有效闭合，而驱动器此时又恰好处于正常启动状态，此时驱动器所需的所有电流都要经过水泥电阻，最终会导致水泥电阻冒烟、爆炸等情况发生。而水泥电阻出现冒烟和炸裂等异常情况时，会危及驱动器自身及周边的所有设备的安全运行。

鉴于此，如何在继电器处于异常工作状态下，仍能保证驱动器安全运行，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提供了一种电容充电软启动电路及伺服驱动器，可解决相关技术中在电器处于异常工作状态下驱动器无法安全运行的问题，提升伺服驱动器的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例一方面提供了一种电容充电软启动电路，包括充电限流器、自动开关电路和开关控制电路；

所述充电限流器的一端与所述自动开关电路的第二输入引脚相连，另一端与所述自动开关电路的第二输出引脚相连；所述自动开关电路的第二输入引脚和第二输出引脚连通，所述自动开关电路处于闭合连通状态，所述自动开关电路的第一输出引脚和第二输出引脚连通，所述自动开关电路处于断开状态；

所述开关控制电路在电容充电模块两端电压不小于预设电压阈值控制所述第二输入引脚和所述第二输出引脚连通；所述开关控制电路在所述电容充电模块两端电压小于所述预设电压阈值控制所述第一输出引脚和所述第二输出引脚连通。

可选的，所述充电限流器为PTC热敏电阻。

可选的，所述自动开关电路为继电器。

可选的，所述自动开关电路还包括续流二极管；所述续流二极管的一端与所述自动开关电路的第一输入引脚相连，另一端与所述自动开关电路的第三输出引脚相连。

可选的，所述开关控制电路包括电压参考电源、电压比较器和电流开关管；

所述电流开关管的一端与所述自动开关电路的第三输出引脚相连，所述电流开关管的另一端与所述电压比较器的输出端相连；所述电流开关管处于截止状态，所述第一输出引脚和所述第二输出引脚连通，所述电流开关管处于导通状态，所述第二输入引脚和所述第二输出引脚连通；

所述电压比较器在母线电压小于所述电压参考电源的参考电压，输出截止信号至所述电流开关管；所述电压比较器在母线电压不小于所述电压参考电源的参考电压，输出导通信号至所述电流开关管。

可选的，所述电流开关管为NMOS管。

可选的，所述电流开关管为三极管。

可选的，所述开关控制电路还包括第一分压电阻和第二分压电阻；

所述第一分压电阻的一端连通母线，另一端与所述第二分压电阻和所述电压比较器的输入端相连，所述第二分压电阻的另一端接地。

本实用新型实施例另一方面提供了一种伺服驱动器，包括主供电回路，所述主供电回路包括电流转换电路及如上任一项所述电容充电软启动电路；

所述电流转换电路用于将伺服驱动器输入的三相交流电信号转换为直流电信号，并将所述直流电信号输入至所述电容充电软启动电路中。

可选的，所述电流转换电路为三相整流滤波电路；

所述三相整流滤波电路包括三相整流桥、第一电容和第二电容；

所述三相整流桥的输入端接收所述三相交流电信号，输出端与所述电容充电软启动电路的一端相连接；所述第一电容和所述第二电容并联，且分别与所述电容充电软启动电路的另一端和所述三相整流桥的输出端相连接。

本申请提供的技术方案的优点在于，利用开关控制电路监控电容充电模块两端充电电压，在两端电压过大时控制自动开关电路闭合，即使驱动器处于正常启动状态，其所需的所有电流不会经过充电限流器，不会由于电流过大导致充电限流器冒烟、爆炸等情况发生，保障驱动器自身及周边的所有设备的安全运行，从而可解决相关技术中自动开关电路为继电器时，其无法有效闭合造成的驱动器无法安全运行的问题，自动开关电路处于异常工作状态下，仍能保证伺服驱动器安全运行，有效提升伺服驱动器的安全性和稳定性。

此外，本实用新型实施例还针对电容充电软启动电路提供了伺服驱动器，所述伺服驱动器具有相应的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电容充电软启动电路的一种具体实施方式结构图；

图2为本实用新型实施例提供的伺服驱动器的一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本实用新型实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种电容充电软启动电路在一种实施方式下的结构示意图，本实用新型实施例可包括以下内容：

电容充电软启动电路可包括充电限流器11、自动开关电路12和开关控制电路13。充电限流器11用于电容充电模块的充电限流，保护电容充电模块。充电限流器11可为电阻元器件，例如可为50欧姆的PTC热敏电阻。当然，也可用水泥电阻进行替代，但水泥电阻可能存在冒烟，炸裂等不安全现象，极端情况下甚至会导致PCB板被高温熔毁，因此电容充电软启动电路中可采用PTC热敏电阻对电容充电进行限流。自动开关电路12可根据自身引脚的连接确定其所处工作状态，即是连通状态还是断开状态，开关控制电路13用于控制自动开关电路12何时处于连通状态何时处于断开状态，保障自动开关电路12在应当处于连通状态时，其必然是处于连通状态，应当处于断开状态时，其必然是处于断开状态。

自动开关电路12可包括多个引脚，为了便于描述，将自动开关电路12接入信号的引脚称为输入引脚，将自动开关电路12输出信号的引脚称为输出引脚，自动开关电路12的输入引脚和输出引脚连通，则自动开关电路处于闭合连通状态，自动开关电路12的输出引脚和输出引脚连通，则自动开关电路12处于断开状态。结合图1可知，当自动开关电路12处于闭合连通状态，充电限流器11处于短路状态，而当自动开关电路12处于断开状态，充电限流器11处于正常工作状态。

在本申请中，结合图1，充电限流器11的一端与自动开关电路12的第二输入引脚2相连，另一端与自动开关电路12的第二输出引脚5相连。自动开关电路12的第二输入引脚2和第二输出引脚5连通，自动开关电路12处于闭合连通状态，自动开关电路12的第一输出引脚3和第二输出引脚5连通，自动开关电路12处于断开状态。

图1以电容C1和电容C2为例组合为电容充电模块，电容C1的参数例如可为220μF/450V，电容C2的参数例如可为220μF/450V。开关控制电路13在电容充电模块两端电压不小于预设电压阈值控制第二输入引脚2和第二输出引脚5连通；开关控制电路在电容充电模块两端电压小于预设电压阈值控制第一输出引脚3和第二输出引脚5连通。这样，在电容充电模块两端电压较大时，充电电流不会经过充电限流器11，而是直接通过自动开关电路12，不会由于电流太大导致充电限流器11发生爆炸等故障，保障整个系统安全运行。

在本实用新型实施例提供的技术方案中，利用开关控制电路监控电容充电模块两端充电电压，在两端电压过大时控制自动开关电路闭合，即使驱动器处于正常启动状态，其所需的所有电流不会经过充电限流器，不会由于电流过大导致充电限流器冒烟、爆炸等情况发生，保障驱动器自身及周边的所有设备的安全运行，从而可解决相关技术中自动开关电路为继电器时，其无法有效闭合造成的驱动器无法安全运行的问题，自动开关电路处于异常工作状态下，仍能保证伺服驱动器安全运行，有效提升伺服驱动器的安全性和稳定性。

如图2所示，作为一种可选的实施方式，上述自动开关电路12例如可为继电器，例如可为JQC-3FF/12VDC-1ZS，当然自动开关电路12还可包括续流二极管，续流二极管例如可为1N4007G的二极管。续流二极管的一端与自动开关电路12的第一输入引脚1相连，另一端与自动开关电路12的第三输出引脚4相连。

基于上述实施例，如图2所示，上述开关控制电路13可包括电压参考电源U3、电压比较器U2和电流开关管Q1。电流开关管Q1可为NMOS管或还可为三极管，所属领域技术人员可根据实际情况进行选择，这均不影响本申请的实现。电压参考电源U3可为3端可调精密分流稳压器TL431ACDR，其结构如图2所示，相应的，第三电容的参数可为10μF/10V，第四电容的参数可为100nF/50V，电压参考电源U3的VREF即为电压比较器U2所需的参考电压。电压比较器U2例如可为LM339DR，其结构同样可如图2所示，该电压比较器U2的输入端6的输入信号即为电压参考电源U3的VREF，输入端7的输入信号即为监控所得的母线电压。电流开关管Q1的一端2与自动开关电路13的第三输出引脚4相连，电流开关管Q1的另一端1与电压比较器U2的输出端相连，电流开关管Q1的第三端3接地。电流开关管Q1处于导通状态还是截止状态由电压比较器U2的输出信号来决定，若电流开关管Q1处于截止状态，自动开关电路12的第一输出引脚和第二输出引脚接通，若电流开关管Q1处于导通状态，自动开关电路12的第二输入引脚和第二输出引脚连通。电压比较器U2在母线电压小于电压参考电源U3的参考电压，输出截止信号至电流开关管Q1，以使电流开关管Q1处于截止状态；电压比较器在母线电压不小于电压参考电源的参考电压，输出导通信号至电流开关管Q1，以使电流开关管Q1处于导通状态。而至于截止信号和导通信号是低电平信号还是高电平信号，可根据实际需求进行设置，本申请对此不做任何限定。

作为一种可选的实施方式，如图2所示，为了进一步保护开关控制电路13的稳定运行，开关控制电路13还可包括第一分压电阻R2和第二分压电阻R3。第一分压电阻R2的一端连通母线，另一端与第二分压电阻R3和电压比较器U2的输入端相连，第二分压电阻R3的另一端接地。第一分压电阻R2例如可为1M的电阻，第二分压电阻R3例如可为11K的电阻。

此外，本申请还提供了一种伺服驱动器，伺服驱动器包括主供电回路，主供电回路包括电流转换电路及如前任一个实施例所述的电容充电软启动电路。

本实施例的电流转换电路用于将伺服驱动器输入的三相交流电信号转换为直流电信号，并将直流电信号输入至电容充电软启动电路中。如图2所示，电流转换电路例如可为三相整流滤波电路，对于输入的三相交流电，除了三相整流桥这种整流方案外，还可以通过分立的整流二极管或者单相整流桥方案进行整流，但相比于后两种方案，前者在布局布线，散热等方面有很大的优势。三相整流滤波电路包括三相整流桥、第一电容和第二电容；三相整流桥的输入端接收三相交流电信号，输出端与电容充电软启动电路的一端相连接；第一电容和第二电容并联，且分别与电容充电软启动电路的另一端和三相整流桥的输出端相连接。三相整流桥例如可为MT3508A，三相整流桥的输入引脚P1、P2、P3分别接入三相电流，输出引脚1接自动开关电路12的第二输入引脚，输出引脚4接地，电容C1的参数例如可为220μF/450V，电容C2的参数例如可为220μF/450V，二者并联得到440uF滤波电容。

本实施例伺服驱动器与上述电容充电软启动电路基于相同的发明构思，伺服驱动器的各功能模块的结构、连接关系及工作原理可根据上述电容充电软启动电路实施例相对应器件的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本实施例可解决相关技术中在电器处于异常工作状态下驱动器无法安全运行的问题，提升伺服驱动器的稳定性。

为了使所属领域技术人员更加清楚明白本申请的技术方案，本申请还结合图2给出了一个示意性例子，可包括下述内容：

伺服驱动器的主供电回路由三相整流滤波电路、电容充电软启动电路、继电器控制电路组成。

三相整流滤波电路将伺服驱动器输入的三相交流电转换为直流电，该电路由三相整流桥U1和滤波电容C1、C2组成。C1和C2并联获得模块正常工作所需容值。驱动器上电瞬间所需充电电流为(VP-VC)/Rin，其中VP为母线电压，VC为滤波电容初始电压，Rin为母线电阻，对于220V交流伺服驱动器，VP＝311V，VC＝0V，Rin≈0Ω，所以驱动器上电瞬间充电电流会非常大，通过电容充电软启动电路可解决该问题。电容充电软启动电路由PTC热敏电阻R1，继电器J1、二极管D1组成。二极管D1为继电器续流二极管，当NMOS管Q1由导通状态变为截止状态时，防止继电器线圈电流突变。在电容充电软启动电路中，PTC热敏电阻用于电容充电限流。上电初期，继电器处于初始状态，继电器J1的5脚与3脚吸合，主回路为三相整流桥U1、PTC热敏电阻R1、滤波电容C1、C2，所需充电电流为(VP-VC)/Rin，随着充电时间加长，滤波电容两端电压VC变大，PTC热敏电阻由于流过电流温度升高，电阻变大，因此上电瞬间充电电流最大。当滤波电容C1、C2两端电压达到一定值时，继电器控制电路切换继电器工作状态，继电器J1的5脚和2脚吸合，主回路为三相整流桥U1，继电器J1、滤波电容C1、C2，此时PTC热敏电阻R1被继电器短路，主回路所有电流从继电器流过。继电器控制电路由电压参考源U3、电压比较器U2、NMOS管Q1组成。电压参考源U3产生参考电压VREF，电压比较器对母线电压VP进行监控，NMOS管用于控制继电器线圈电流，可用三极管替代。当母线电压VP经过分压电阻R2和R3分压后的电压小于VREF时，电压比较器U2输出低电平，NMOS管Q1截止，继电器控制线圈没有电流流过，继电器J1的5脚和3脚吸合；同理当母线电压VP经过分压电阻R2和R3分压后的电压大于VREF时，NMOS管Q1导通，继电器J1的5脚和2脚吸合，PTC热敏电阻被短路。

由上可知，本实施例在继电器处于异常工作状态下，可有效保证伺服驱动器安全、稳定地运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的一种电容充电软启动电路及伺服驱动器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电容充电软启动电路，其特征在于，包括充电限流器、自动开关电路和开关控制电路；

所述充电限流器的一端与所述自动开关电路的第二输入引脚相连，另一端与所述自动开关电路的第二输出引脚相连；所述自动开关电路的第二输入引脚和第二输出引脚连通，所述自动开关电路处于闭合连通状态，所述自动开关电路的第一输出引脚和第二输出引脚连通，所述自动开关电路处于断开状态；

所述开关控制电路在电容充电模块两端电压不小于预设电压阈值控制所述第二输入引脚和所述第二输出引脚连通；所述开关控制电路在所述电容充电模块两端电压小于所述预设电压阈值控制所述第一输出引脚和所述第二输出引脚连通。

2.根据权利要求1所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述充电限流器为PTC热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述自动开关电路为继电器。

4.根据权利要求2所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述自动开关电路还包括续流二极管；

所述续流二极管的一端与所述自动开关电路的第一输入引脚相连，另一端与所述自动开关电路的第三输出引脚相连。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述开关控制电路包括电压参考电源、电压比较器和电流开关管；

所述电流开关管的一端与所述自动开关电路的第三输出引脚相连，所述电流开关管的另一端与所述电压比较器的输出端相连；所述电流开关管处于截止状态，所述第一输出引脚和所述第二输出引脚连通，所述电流开关管处于导通状态，所述第二输入引脚和所述第二输出引脚连通；

所述电压比较器在母线电压小于所述电压参考电源的参考电压，输出截止信号至所述电流开关管；所述电压比较器在母线电压不小于所述电压参考电源的参考电压，输出导通信号至所述电流开关管。

6.根据权利要求5所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述电流开关管为NMOS管。

7.根据权利要求5所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述电流开关管为三极管。

8.根据权利要求5所述的电容充电软启动电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括第一分压电阻和第二分压电阻；

所述第一分压电阻的一端连通母线，另一端与所述第二分压电阻和所述电压比较器的输入端相连，所述第二分压电阻的另一端接地。

9.一种伺服驱动器，包括主供电回路，其特征在于，所述主供电回路包括电流转换电路及如权利要求1至8任一项所述电容充电软启动电路；

所述电流转换电路用于将伺服驱动器输入的三相交流电信号转换为直流电信号，并将所述直流电信号输入至所述电容充电软启动电路中。

10.根据权利要求9所述的伺服驱动器，其特征在于，所述电流转换电路为三相整流滤波电路；

所述三相整流滤波电路包括三相整流桥、第一电容和第二电容；

所述三相整流桥的输入端接收所述三相交流电信号，输出端与所述电容充电软启动电路的一端相连接；所述第一电容和所述第二电容并联，且分别与所述电容充电软启动电路的另一端和所述三相整流桥的输出端相连接。

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