CN216352007U - 抱闸驱动电路及电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电路控制领域，特别涉及一种抱闸驱动电路及电路板。上述抱闸驱动电路包括：第一开关单元、电流采样单元、控制芯片；第一开关单元、电流采样单元分别串联在抱闸线圈所在的电流回路中；控制芯片的第一输入端用于接收目标驱动电压值；控制芯片的第二输入端连接于电流采样单元的电压采样端，并用于接收实际采样电压值,实际采样电压值为反映抱闸线圈的实际驱动电流值的采样电压值；控制芯片的第一输出端连接于第一开关单元的控制端；控制芯片用于根据目标驱动电压值和实际采样电压值生成第一开关单元的控制信号。本申请提出的抱闸驱动电路控制适配性高、效果直接、响应迅速、可靠性高且成本低。

Description

抱闸驱动电路及电路板

技术领域

本申请实施例涉及电路控制领域，特别涉及一种抱闸驱动电路及电路板。

背景技术

为防止机器人机械臂突然断电或失去控制时导致伤人事件的发生，或保证移动底盘机器人的运动轮在断电或失去控制时候静止不能移动，需要在机器人内安装抱闸制动器，使得机器人在通电状态下可正常工作，断电或失去控制下立即将关节运动轴锁死，防止机械臂自然下垂或车轮运动。

传统技术抱闸驱动电路通过将确定的电压值施加在抱闸线圈两端，以激励抱闸线圈产生电流，并通过监控电流大小来调整施加的电压值的大小，其核心思路为“由确定电压控制电流”。然而，用此方式进行驱动，需要事先对抱闸进行适配来确定抱闸所需的确切电压大小，由于抱闸为线圈，其内阻一般较低，若内阻有误差，会导致实际驱动电流个体差异性较大；同时，监控电流大小需要匹配较为复杂的监控单元，软硬件成本较高。

实用新型内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种抱闸驱动电路及电路板，本申请提出的抱闸驱动电路控制适配性高、效果直接、响应迅速、可靠性高且成本低。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种抱闸驱动电路，包括：第一开关单元、电流采样单元、控制芯片；第一开关单元、电流采样单元分别串联在抱闸线圈所在的电流回路中；控制芯片的第一输入端用于接收目标驱动电压值,目标驱动电压值为抱闸线圈的目标驱动电流值对应的驱动电压值；控制芯片的第二输入端连接于电流采样单元的电压采样端，并用于接收实际采样电压值,实际采样电压值为反映抱闸线圈的实际驱动电流值的采样电压值；控制芯片的第一输出端连接于第一开关单元的控制端；控制芯片用于根据目标驱动电压值和实际采样电压值生成第一开关单元的控制信号。

为实现上述目的，本申请实施例还提供一种抱闸驱动电路的控制方法，包括，抱闸驱动电路包括第一开关单元、电流采样单元、控制芯片；第一开关单元、电流采样单元分别串联在抱闸线圈所在的电流回路中；控制芯片具有第一输入端和第二输入端，控制芯片的第二输入端连接于电流采样单元的电压采样端；控制芯片的第一输出端连接于第一开关单元的控制端；方法包括：在抱闸线圈的稳态工作阶段，控制芯片通过控制芯片的第一输入端接收目标驱动电压值；其中，目标驱动电压值为抱闸线圈的目标驱动电流值对应的驱动电压值；控制芯片通过控制芯片的第二输入端接收实际采样电压值；其中，实际采样电压值为反映抱闸线圈的实际驱动电流值的采样电压值；控制芯片根据目标驱动电压值和实际采样电压值生成第一开关单元的控制信号，并将第一开关单元的控制信号输出至第一开关单元；其中，第一开关单元在第一开关单元的控制信号的控制下开启或关闭，使得抱闸线圈所在的电流回路中的实际驱动电流值与目标驱动电流值的差距变小。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种电路板，电路板应用于上述的抱闸驱动电路。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种控制芯片，包括：至少一个个处理单元和存储单元；与至少一个处理单元通信连接的存储单元；其中，存储单元存储有可被至少一个处理单元执行的指令，指令被至少一个处理单元执行，以使至少一个处理单元在执行时实现上述的抱闸驱动电路的控制方法。

本实用新型提出的抱闸驱动电路及电路板中，电流采样单元设置在抱闸线圈所在的电流回路中，能够通过电流采样单元采集能够反映抱闸线圈的实际驱动电流值的实际采样电压值，并根据抱闸线圈的目标驱动电流值对应的目标驱动电压值和实际采样电压值来生成第一开关单元的控制信号；第一开关单元设置在抱闸线圈所在的电流回路中，从而通过对第一开关单元的控制实现对抱闸线圈所在的电流回路中的电流的直接控制。即，本申请实施例采用监测电压、直接控制电流的方式对抱闸线圈进行驱动控制。相较于现有的监控电流、直接控制电压的方式而言，不需要对抱闸进行适配来确定抱闸所需的确切电压大小，不需要为监控电流大小而匹配复杂的监控单元，避免了抱闸线圈内阻引起的驱动电流误差，本申请提出的抱闸驱动电路控制适配性高、控制效果直接、控制响应迅速、可靠性高且成本低。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的抱闸驱动电路的结构示意图一；

图2是根据本实用新型一个实施例的抱闸驱动电路的结构示意图二；

图3A是现有的无源电阻网络连接在该抱闸驱动电路中的示意图；

图3B是根据本实用新型一个实施例中抱闸驱动电路的电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本实用新型的一个实施例涉及一种抱闸驱动电路，抱闸驱动电路所对应的抱闸制动器应用于机器人机械臂的各个关节。如图1所示。抱闸驱动电路包括：第一开关单元1、电流采样单元5、控制芯片5，控制芯片5型号可以是AL9910型号。

第一开关单元1、电流采样单元4分别串联在抱闸线圈所在的电流回路中。具体的，抱闸线圈具有引线正端3和引线负端2，抱闸线圈的引线正端3被施加驱动电压，第一开关单元1的第一端连接于抱闸线圈的引线负端2，第一开关单元1的第二端连接于电流采样单元4的第一端，电流采样单元4的第二端连接至接地端。驱动电压、抱闸线圈、第一开关单元1、电流采样单元4以及接地端形成电流回路，电路母线分别与抱闸线圈正端3和控制芯片连接，为其供电。其中，第一开关单元1和电流采样单元4在电流回路中的连接位置不限，只要串联在该电流回路中即可。在一个例子中，第一开关单元1为开关晶体管1，电流采样单元4内部为电流采样电阻。

控制芯片5的第一输入端用于接收目标驱动电压值,目标驱动电压值为抱闸线圈的目标驱动电流值对应的驱动电压值；控制芯片5的第二输入端连接于电流采样单元4的电压采样端，并用于接收实际采样电压值,实际采样电压值为反映抱闸线圈的实际驱动电流值的采样电压值；控制芯片5的第一输出端连接于第一开关单元1的控制端；控制芯片5用于根据目标驱动电压值和实际采样电压值生成第一开关单元1的控制信号。

具体的，抱闸线圈在稳态工作阶段时，抱闸处于开启状态，控制芯片5的第一输入端接受到的抱闸线圈的目标驱动电流值对应的驱动电压不为0，控制芯片5第一输出端会输出第一开关单元1的控制信号，使得抱闸线圈所在的电流回路保持导通。同时，由于电流采样单元4中的电流采样电阻串联在抱闸线圈所在的电流回路中，即电流采样单元4采集到电压值，从而得到抱闸线圈的实际驱动电流值。控制芯片5第二输入端得到抱闸线圈实际实际驱动电流值的对应的电压值。控制芯片5将抱闸线圈得实际驱动电流值与目标驱动电流值相比较，并根据实际驱动电流值与目标驱动电流值的差值，来生成第一开关单元1的控制信号，该第一开关单元1的控制信号为脉冲控制信号，通过生成的脉冲控制信号中的脉冲占比来控制该第一开关单元1的开启和关闭的相对时长，从而来调整抱闸线圈所在电流回路中的实际驱动电流值，使得实际驱动电流值接近于目标驱动电流值，从而实现动态调整实际驱动电流值，并使得实际驱动电流值与目标驱动电流值的差距不断变小。开关控制芯片5的第一输出端连接于开关晶体管1的控制端，当抱闸线圈的实际采样电流值与目标驱动电流值有差别时，开关控制芯片5根据目标驱动电压值和实际采样电压值生成对开关晶体管1的控制信号，并将开关晶体管1的控制信号传输至开关晶体管1。开关晶体管1在控制芯片5所产生的控制信号的控制下开启或关闭来调整脉冲信号占比，从而调节抱闸线圈的所在的电流回路中电流大小，使得抱闸线圈实际驱动电流值接近于目标驱动电流值。当突然断电或者抱闸突然失控时，目标驱动电流值对应的驱动电压突然为0或高阻态，此时控制单元即认为接收到抱闸抱死信号，目标驱动电流值为0；控制单元通过对该第一开关单元1的控制，可以快速地控制抱闸线圈回路中的实际驱动电流快速降为0，快速实现抱闸抱死。

本实用新型提出的抱闸驱动电路，电流采样单元4设置在抱闸线圈所在的电流回路中，能够通过电流采样单元4采集能够反映抱闸线圈的实际驱动电流值的实际采样电压值，并根据抱闸线圈的目标驱动电流值对应的目标驱动电压值和实际采样电压值来生成第一开关单元1的控制信号；第一开关单元1设置在抱闸线圈所在的电流回路中，从而通过对第一开关单元1的控制实现对抱闸线圈所在的电流回路中的电流的直接控制。即本申请采用监测电压、直接控制电流的方式对抱闸线圈进行驱动控制。本实用新型相较于现有的监控电流、直接控制电压的方式而言，不需要事先对抱闸进行适配来确定抱闸所需的确切电压大小，也不需要为监控电流大小匹配较为复杂的监控单元，避免了抱闸线圈内电阻误差而导致实际控制电流时候误差大的缺陷。本申请提出的抱闸驱动电路控制适配性高、控制效果直接、控制响应迅速、可靠性高且成本低。

本实用新型的一个实施例涉及一种抱闸驱动电路，参考图2所示的抱闸线圈结构示意图，抱闸驱动电路还包括：电阻调节单元；电阻调节单元与电流采样单元4并联连接，且电阻调节单元的控制端连接至控制芯片5的第二输出端或连接至抱闸驱动电路的信号转换适配芯片9，适配芯片型号可以是74LVC2G14型号；电阻调节单元的控制端用于接收开启信号或关断信号；电阻调节单元在开启信号的控制下与电流采样单元4形成的总电阻值小于电阻调节单元在关断信号的控制下与电流采样单元4形成的总电阻值。

抱闸驱动电路被启动后，先要进入启动工作阶段，且在启动工作阶段结束后才会进入稳态工作阶段。

在启动工作阶段中，在电阻调节单元的控制端连接至控制芯片5的第二输出端的情况下，控制芯片5输出开启信号至电阻调节单元，并在持续输出开启信号预设时长后，输出关断信号至电阻调节单元；在电阻调节单元的控制端连接至连接至抱闸驱动电路的信号转换适配芯片的情况下，信号转换适配芯片输出开启信号至电阻调节单元，并在持续输出开启信号预设时长后，输出关断信号至电阻调节单元。

其中，电阻调节单元的控制端连接至控制芯片5的第二输出端，当电阻调节单元的控制端接收到开启信号时，电阻调节单元与电流采样单元4并联连接，电阻调节单元与电流采样单元4形成的总电阻值变小，从而使得流经抱闸线圈的驱动电流值变大，在该预设时长后，抱闸线圈的驱动电流值达到抱闸线圈的励磁电流；该预设时长可以根据实际经验设定，例如为0.1s。在抱闸线圈的驱动电流值达到抱闸线圈的励磁电流后，电阻调节单元的控制端接收到关闭信号，此时仅剩电流采样单元4与抱闸线圈回路连接，总电阻值变大，从而使得流经抱闸线圈的驱动电流值变小至正常工作所需的电流大小且保持稳定。即，电阻调节单元与电流采样单元4并联连接，通过调节总电阻大小而调节流经抱闸线圈的驱动电流值，使得抱闸线圈的驱动电流先到达启动工作阶段的励磁电流，再恢复到稳态工作阶段的电流。

在一个例子中，电阻调节单元可以为无源电阻网络，且无源电阻网络的控制端连接于控制芯片5的第二输出端。如图3A所示为现有的无源电阻网络连接在该抱闸驱动电路中的示意图。具体而言，当抱闸驱动电路进入启动工作阶段，无源电阻网络接收到电流开关5的开启信号，无源电阻网络通过改变抱闸线圈回路总电阻大小，从而调节抱闸线圈的实际驱动电流值，使得抱闸线圈的驱动电流值达到抱闸启动工作阶段的励磁电流。

在一个例子中，电阻调节单元还可以包括串联连接的电阻单元和第二开关单元。抱闸驱动电路包括信号转换适配芯片，信号转换适配芯片的第一输出端连接控制芯片5的第一输入端，控制芯片5通过信号转换适配芯片接收目标驱动电压值；第二开关单元的控制端连接至信号转换适配芯片的第二输出端。

具体而言，参考图3B所示的抱闸驱动电路图，第二开关单元为开关晶体管2，开关晶体管2与电阻单元串联连接，其中，开关晶体管2与信号转换适配芯片可以集成在一起形成信号转换适配单元。当抱闸驱动电路进入启动工作阶段，在预设时长内，开关晶体管2开启，电阻单元和电流采样电阻并联，电阻单元和电流采样电阻并联形成的总电阻变大，回路中抱闸线圈的实际驱动电流变大，抱闸线圈的驱动电流值达到抱闸线圈的励磁电流。在预设时长后，开关晶体管2接收到关闭信号，开关晶体管2关闭，电阻单元和电流采样电阻解除并联关系，总电阻值变大，从而使得流经抱闸线圈的驱动电流值变小至正常工作所需的电流大小且保持稳定。

本实用新型的一个实施例涉及一种抱闸驱动电路，参考图2，抱闸驱动电路还包括：信号转换适配芯片9；信号转换适配芯片9的第一输出端连接所述控制芯片5的第一输入端，控制芯片通过所述信号转换适配芯片接收所述目标驱动电压值。

具体而言，若抱闸驱动控制信号为数字信号时，信号转换适配芯片9为与数字信号适配的信号转换适配芯片，即将该数字信号转换为与抱闸驱动电路适配的信号。若抱闸驱动控制信号为模拟信号时，信号转换适配芯片9为与模拟信号适配的信号转换适配芯片，即将该模拟信号转换为与抱闸驱动电路适配的信号。

本实用新型的一个实施例涉及一种抱闸驱动电路，参考图2所示的结构图，抱闸驱动电路还包括：分压单元8；分压单元8的第一端连接在抱闸线圈的引线负端，分压单元8的第二端接地；分压单元8包括串联连接的第一部分和第二部分。参考图3B所示的电路图，第一部分为第一分压电阻，大二部分为第二分压电阻，第一部分和第二部分的连接点作为信号输出端，信号输出端用于输出分压信号，即抱闸监控信号。

具体而言，抱闸驱动电路的分压单元8包含第一分压电阻和第二分压电阻，在抱闸电路上电后，抱闸线圈产生电流电压，第一分压电阻的一端和抱闸线圈引线负端2连接，第二分压电阻一端接地，对抱闸引线负端电压进行分压。第一分压电阻与第二分压电阻的连接点输出实时监测的电压值。当抱闸线圈在额定的工作电流下，抱闸的驱动工作电压稳定不变。分压电阻单元对抱闸线圈电压是否存在压降进行实时监测，当监测到电压值发生变化，则抱闸电路可能出现短路故障。当监测不到电压时，抱闸电路可能出现短路故障。本申请实施例分压单元8对抱闸电路的电压值实时监测，判断抱闸电路故障情况。与传统技术“监测电流”的抱闸驱动电路正好相反。分压电阻成本远低于传统技术的电流监测电路成本，即本抱闸驱动电路具有低成本的特点。

本实用新型的一个实施例涉及一种抱闸驱动电路，抱闸驱动电路还包括电感单元。具体而言，参考图2所示的结构图，电感单元可以是串联电感6，串联电感6串联在抱闸线圈所在的电流回路中，与抱闸线圈引线正端3连接，抱闸线圈引线正端3和抱闸线圈引线负端2之间为短路的电气状态。若抱闸线圈发生短路故障时候，第一开关单元1和抱闸线圈引线负端2连接，第一开关单元1依旧可以长时间正常工作，同时，与抱闸线圈引线负端2连接的分压单元8正常工作。

在一个例子中，参考如图3B所示的电路图，抱闸驱动电路还包括去耦电容7，去耦电容7和串联电感6并联连接，一起串联在抱闸线圈所在的电流回路中，与抱闸线圈引线正端3连接，抱闸线圈引线正端3和抱闸线圈引线负端2之间为短路的电气状态。抱闸线圈引线正负端之间为短路的电气连接方式，通过将串联电感6和去耦电容7并联，连接在抱闸线圈引线负端2，使得抱闸线圈在发生短路故障时，串联电感6和去耦电容7保护抱闸电路，维持电压稳定，第一开关单元1不受影响仍正常工作。

本实用新型另一个实施例涉及一种电路板，电路板应用于上述任一个的实施例抱闸驱动电路，执行上述各实施例中的的抱闸驱动电路的控制方法。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种抱闸驱动电路，其特征在于，包括：第一开关单元、电流采样单元、控制芯片；

所述第一开关单元、所述电流采样单元分别串联在抱闸线圈所在的电流回路中；

所述控制芯片的第一输入端用于接收目标驱动电压值,所述目标驱动电压值为所述抱闸线圈的目标驱动电流值对应的驱动电压值；

所述控制芯片的第二输入端连接于所述电流采样单元的电压采样端，并用于接收实际采样电压值,所述实际采样电压值为反映所述抱闸线圈的实际驱动电流值的采样电压值；

所述控制芯片的第一输出端连接于所述第一开关单元的控制端；所述控制芯片用于根据所述目标驱动电压值和所述实际采样电压值生成所述第一开关单元的控制信号。

2.根据权利要求1所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述抱闸驱动电路还包括：电阻调节单元；

所述电阻调节单元与所述电流采样单元并联连接，且所述电阻调节单元的控制端连接至所述控制芯片的第二输出端或连接至所述抱闸驱动电路的信号转换适配芯片；所述电阻调节单元的控制端用于接收开启信号或关断信号；所述电阻调节单元在所述开启信号的控制下与所述电流采样单元形成的总电阻值小于所述电阻调节单元在所述关断信号的控制下与所述电流采样单元形成的总电阻值。

3.根据权利要求2所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述电阻调节单元为无源电阻网络，且所述无源电阻网络的控制端连接于所述控制芯片的第二输出端。

4.根据权利要求2所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述电阻调节单元包括串联连接的电阻单元和第二开关单元；

所述抱闸驱动电路包括所述信号转换适配芯片，所述信号转换适配芯片的第一输出端连接所述控制芯片的第一输入端，所述控制芯片通过所述信号转换适配芯片接收所述目标驱动电压值；所述第二开关单元的控制端连接至所述信号转换适配芯片的第二输出端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述抱闸驱动电路还包括：电感单元；所述电感单元串联在所述抱闸线圈所在的电流回路中。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述抱闸驱动电路还包括：分压单元；

所述分压单元的第一端连接在所述抱闸线圈的引线负端，所述分压单元的第二端接地；

所述分压单元包括串联连接的第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分的连接点作为信号输出端，所述信号输出端用于输出分压信号。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的抱闸驱动电路，其特征在于，所述抱闸驱动电路还包括：信号转换适配芯片；所述信号转换适配芯片的第一输出端连接所述控制芯片的第一输入端，所述控制芯片通过所述信号转换适配芯片接收所述目标驱动电压值。

8.一种电路板，其特征在于，包括：权利要求1至7中任一项所述的抱闸驱动电路。

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