CN219576860U - 一种伺服电机驱动器供电启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及设备或装置的供电启动，尤其涉及一种伺服电机驱动器供电启动系统。包括恒流缓启动模块及主电源供电模块，两者均与伺服电机驱动器相连；所述恒流缓启动模块用于产生恒定电流，其包括芯片LM3409，芯片LM3409的2脚与电阻R155相连，用于设置输出恒流源电流；芯片LM3409的6脚与MOS管Q9的栅极相连，MOS管Q9的源极作为恒流输出与伺服驱动电机驱动器相连，MOS管Q9的漏极与芯片LM3409的供电电源相连；所述主电源供电模块包括芯片LTC7001，芯片LTC7001与MOS管Q6、MOS管Q8相连，用于驱动MOS管Q6及Q8，开启完成对伺服电机驱动器主电源供电。伺服电机驱动器供电启动系统解决了伺服驱动器上电过程大电流对伺服驱动器内部电路造成的损害的问题。

Description

一种伺服电机驱动器供电启动系统

技术领域

本实用新型涉及设备或装置的供电启动，尤其涉及一种伺服电机驱动器供电启动系统；特别涉及机器人或AGV小车所用伺服电机驱动器供电启动系统。

背景技术

伺服驱动器(servodrives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分。目前，现有伺服电机驱动器在上电过程中，一般不对上电电流进行控制。这对于伺服电机驱动器来说，尤其是大功率伺服电机驱动器，是非常不利的。

因伺服电机驱动器的内部存在大容量电容，在上电时刻就会有大电流对大电容进行充电。特别是当设备上存在多个驱动器需上电时，比如以AGV小车举例，(一般AGV小车上有2-3个驱动器)在上电时的上电电流会更大，从而使电池过流放电对电池造成的损害。同时，大上电电流也会对驱动器其他模块产生电流冲击损害，造成供电不稳定问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种伺服电机驱动器供电启动系统。其解决了伺服驱动器上电过程大电流对伺服驱动器内部电路造成的损害的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括恒流缓启动模块及主电源供电模块，两者均与伺服电机驱动器相连。

所述恒流缓启动模块用于产生恒定电流，其包括芯片LM3409，芯片LM3409的2脚与电阻R155相连，用于设置输出恒流源电流；芯片LM3409的6脚与MOS管Q9的栅极相连，MOS管Q9的源极作为恒流输出与伺服驱动电机驱动器(伺服电机驱动器电源上电端)相连，MOS管Q9的漏极与芯片LM3409的供电电源相连。

所述主电源供电模块包括芯片LTC7001，芯片LTC7001与MOS管Q6、MOS管Q8相连，用于驱动MOS管Q6及Q8，开启完成对伺服电机驱动器主电源供电。

进一步地，所述恒流缓启动模块用于产生3A恒定电流。

所述恒流缓启动模块作用为伺服电机驱动器上电时以恒定小电流(即3A)对驱动器内部的大电容充电，防止对驱动器内部大电容充电时瞬时大电流对48V电源电压(也即48V输入电压)造成跌落，避免了伺服驱动器内部其他单板的正常工作。同时，由于瞬时大电流的原因，驱动器插入时在接插件上会产生明显的打火现象，还会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。为避免上述现象，48V电源供电需要恒流缓慢上电。

进一步地，所述芯片LM3409的10脚作为芯片电源接口与电池电源VDD_BAT相连，且所述芯片LM3409的10脚与9脚间通过电容C76相连。所述芯片LM3409的3脚作为使能端，并外接下拉电阻R395。电阻R121与电阻R161串联后一端接入电池电源VDD_BAT，串联后另一端接地，电阻R161作为分压电阻，芯片LM3409的1脚接入电阻R121与电阻R161的公共连接端。

更进一步地，所述芯片LM3409的7脚与8脚间连接有检流电阻R125。其作用为：芯片LM3409的CSP引脚和CSN引脚的输入内部是一个运放，用于检测流过MOS管的电流，所以两端接检流电阻R125。

更进一步地，所述芯片LM3409的2脚通过电阻R155接地。具体地，IADJ引脚(LM3409的2脚)的输入内部提供一个5μA的恒流源，且最高允许1.24V，所以外围电阻的阻值最高1.24V/5μA＝248kΩ。该电阻越大，流过MOS管的电流就越大。

更进一步地，所述MOS管Q9的源极通过电感L2及肖特基整流器D44与伺服驱动电机驱动器相连；其中，电感L2的一端与MOS管Q9的源极相连，电感L2的另一端与肖特基整流器D44相连。MOS管Q9的源极作为输出端经L2过滤电磁干扰信号及D44整流后与伺服电机驱动器相连。

进一步地，所述芯片LTC7001的4脚作为使能端接入单片机I/O口，芯片LTC7001的6脚分别与MOS管Q6及MOS管Q8的栅极相连，MOS管Q6及MOS管Q8的漏极与外接供电电源相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q8的源极相连后与伺服电机驱动器(伺服电机驱动器电源上电端)相连。

更进一步地，所述芯片LTC7001的8脚与9脚间连接自举电容C75及电容C88，其中，电容C75与电容C88并联相接。该自举电容，是完成升压的核心器件。驱动IC，LTC7001的TS引脚直接接到了MOSFET的Source极即MOTOR_48V作为Source极电压参考，通过C75和C88的自举电容使TGDN端输出53V电压，从而开启MOSFET管Q6和Q8完成主电源供电。

更进一步地，所述芯片LTC7001的6脚与MOS管Q6间通过电阻R116相连，芯片LTC7001的6脚与MOS管Q8间通过电阻R144相连。

有益效果：本实用新型解决了伺服驱动器上电时，会有大电流对伺服驱动器内电容进行充电，从而使电池过流放电对电池造成的损害的问题，同时也降低了对驱动器内其他电路电流的冲击损害。也即有效控制冲击电流、保护元器件免受大瞬时大电流冲击。

附图说明

图1是伺服电机驱动器供电启动系统的原理框图。

图2是恒流缓启动模块电路图。

图3是主电源供电模块之芯片LTC7001部分(MOS驱动电路)的电路图。

图4是主电源供电模块之MOS管部分的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

由于伺服驱动器在上电过程中在达到正常工作电压的过程中，输入端瞬间电流非常大，而冲击电流过大会对伺服驱动器产生电流冲击损害，并造成供电不稳定问题。特别对于AGV小车这样2-3个驱动器需要同时上电的情况下，危害更大，需要通过缓上电方式来控制供电上电速度。

而在现有技术的少数应用及探索中，对伺服电机驱动器进行缓上电控制有采用软件(延时)与硬件相结合的方式来实现的，但这种设计应用范围小、针对性强，对于不同的驱动器需要设计不同的方案来实现缓上电，研发周期长、适用性窄且效果一般。

本实用新型工作原理为：伺服驱动器上电时，恒流缓启动模块先提供3A恒流对驱动器供电，恒流供电过程完成后开启主电源供电模块。其可有效保护伺服驱动器内部电路，同时，特别适用AGV小车伺服驱动系统。其适用性较为广泛、可在上电时有效保护伺服驱动器内部电路，且本实用新型电路结构易于实现、造价适中。

如图1所示，本实用新型的伺服电机驱动器供电启动系统包括恒流缓启动模块及主电源供电模块两部分。

所述恒流缓启动模块用于产生恒定电流，其包括芯片LM3409，芯片LM3409的2脚与电阻R155相连，用于设置输出恒流源电流；芯片LM3409的6脚与MOS管Q9的栅极相连，MOS管Q9的源极作为恒流输出与伺服驱动电机驱动器(伺服电机驱动器电源上电端)相连，MOS管Q9的漏极与芯片LM3409的供电电源相连。所述恒流缓启动模块用于产生3A恒定电流。为伺服电机驱动器上电时以恒定小电流(即3A)对驱动器内部的大电容充电，防止对驱动器内部大电容充电时瞬时大电流对48V电源电压(也即48V输入电压)造成跌落，避免了伺服驱动器内部其他单板的正常工作。

所述芯片LM3409的10脚作为芯片电源接口与电池电源VDD_BAT相连，且所述芯片LM3409的10脚与9脚间通过电容C76相连；所述芯片LM3409的3脚作为使能端，并外接下拉电阻R395；电阻R121与电阻R161串联后一端接入电池电源VDD_BAT，串联后另一端接地，电阻R161作为分压电阻，芯片LM3409的1脚接入电阻R121与电阻R161的公共连接端。所述芯片LM3409的7脚与8脚间连接有检流电阻R125。芯片LM3409的CSP引脚和CSN引脚的输入内部是一个运放，用于检测流过MOS管的电流，所以两端接检流电阻R125。所述芯片LM3409的2脚通过电阻R155接地。IADJ引脚(LM3409的2脚)的输入内部提供一个5μA的恒流源，且最高允许1.24V，所以外围电阻的阻值最高1.24V/5μA＝248kΩ。该电阻越大，流过MOS管的电流就越大。所述MOS管Q9的源极通过电感L2及肖特基整流器D44与伺服驱动电机驱动器相连；其中，电感L2的一端与MOS管Q9的源极相连，电感L2的另一端与肖特基整流器D44相连。MOS管Q9的源极作为输出端经L2过滤电磁干扰信号及D44整流后与伺服电机驱动器相连。

所述主电源供电模块包括芯片LTC7001，芯片LTC7001与MOS管Q6、MOS管Q8相连，用于驱动MOS管Q6及Q8，开启完成对伺服电机驱动器主电源供电。所述芯片LTC7001的4脚作为使能端接入单片机I/O口，芯片LTC7001的6脚分别与MOS管Q6及MOS管Q8的栅极相连，MOS管Q6及MOS管Q8的漏极与外接供电电源相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q8的源极相连后与伺服电机驱动器(伺服电机驱动器电源上电端)相连。所述芯片LTC7001的8脚与9脚间连接自举电容C75及电容C88，其中，电容C75与电容C88并联相接。所述芯片LTC7001的6脚与MOS管Q6间通过电阻R116相连，芯片LTC7001的6脚与MOS管Q8间通过电阻R144相连。自举电容，是完成升压的核心器件。驱动IC，LTC7001的TS引脚直接接到了MOSFET的Source极即MOTOR_48V作为Source极电压参考，通过C75和C88的自举电容使TGDN端输出53V电压，从而开启MOSFET管Q6和Q8完成主电源供电。

具体来说，恒流缓启动模块的电路是以芯片LM3409为核心模块设计电路。其中，芯片LM3409HV是用于降压电流调整的P沟MOSFET(PFET)控制器，其输入电压从6V到75V。PWM调光范围10000:1，模拟调光范围250:1，支持所有的陶瓷电容输出和无电容输出能驱动正向电流达5A的大功率器件，主要用在LED驱动器，恒流源，汽车照明，通用照明和工业照明等领域。

主电源供电电路以芯片LTC7001驱动MOSFET管，高压侧N沟道MOSFET驱动器LTC7001，以高达48V电源电压运行。其内部充电泵全面增强了外部N沟道MOSFET开关,使其能够保持无限期接通。芯片LTC7001强大的1Ω栅极驱动器可凭借非常短的转换时间和35ns传播延迟,非常方便地驱动栅极电容很大的MOSFET，因此很适合高频开关和静态开关应用。

实施例1、如图2所示，恒流缓启动模块用于产生3A恒定电流，其包括芯片LM3409，芯片的电源接口是VIN引脚，经过线性降压到VCC引脚，该电压给MOS管驱动电路供电，因此IN、VCC间增加电容C76。EN引脚是LM3409HV使能引脚，输入内部是一个触发器，高电平有效，所以需要加一个下拉电阻。UVLO引脚输入内部是一个比较器，UVLO外围电阻分压与参考电压1.24V比较，低于1.24V就关闭PGATE输出，该引脚可以用于器件的欠压保护功能。CSP引脚和CSN引脚的输入内部是一个运放，检测流过MOS管的电流，所以两端接检流电阻R125。IADJ引脚的输入内部提供一个5μA的恒流源，且最高允许1.24V，所以外围电阻的阻值最高1.24V/5μA＝248kΩ。该电阻越大，流过MOS管的电流就越大。COFF引脚的输入内部是一个振荡器，振荡频率由COFF端的电阻电容充放电时间决定。

另外，图1中，VDD_BAT是电池电源，是48V输入，MOTOR_48V是48V电源输出到伺服驱动器。D44输出端的MOTOR_48V和Q6和Q8端的MOTOR_48V的48V输出到伺服驱动器。

恒流缓启动模块工作原理：通过IADJ引脚外接电阻设置输出恒流源的电流，CSP引脚和CSN引脚的采样电阻压差检测从而确定输出电路，当电流高于设置电流时，PGATE输出使MOS管Q9关闭，当电流低于设置电流时，PGATE输出使MOS管Q9开启，从而达到恒流输出的目的。该模块的功能为伺服电机驱动器上电时以恒定小电流对驱动器内部的大电容充电，防止对驱动器内部大电容充电时瞬时大电流对48V电源电压(也即输入电压)造成跌落，因为，由于瞬时大电流的原因，驱动器插入时在接插件上会产生明显的打火现象，还会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。再者，恒流缓启动还避免了伺服驱动器内部其他单板的正常工作。

实施例2、如图3-4所示，主电源供电模块的MOS驱动电路-LTC7001是高压MOS驱动芯片，其内部会集成自举电路，从而可以提供高于电源电压的驱动电压来快速开关MOS。虽然该IC的供电电源电压是5V，但是却能提供高达100V的驱动电压输出。其中，BST和TS引脚之间的电容就是自举电容，是完成升压的核心器件。驱动IC的TS引脚直接接到了MOS的Source极，解决了没有GND作为Source极电压参考的问题。其工作过程是单片机引脚输出高电平到INP引脚，使能LTC7001驱动芯片，LTC7001的自举电路抬升TS引脚的电压从TGDN引脚输出，从而驱动MOS管Q6和Q8开启完成主电源供电。也即LTC7001的TS引脚直接接到了MOSFET的Source极即MOTOR_48V作为Source极电压参考，通过C75和C88的自举电容使TGDN端输出53V电压，从而开启MOSFET管Q6和Q8完成主电源供电。

U22的TS引脚的MOTOR_48V是自举电容的参考端，目的提供高于电源电压的驱动电压来快速开关MOSFET。

伺服驱动器供电时，恒流缓启动模块先提供3A恒流对伺服驱动器进行缓供电后，主电源供电模块开启供电。

本实用新型伺服电机驱动器供电启动系统解决了大电流对伺服驱动器内电容进行充电，使电池过流放电对电池造成的损害的问题。同时，也保护了驱动器元器件免受大瞬时大电流冲击。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种伺服电机驱动器供电启动系统，包括恒流缓启动模块及主电源供电模块，两者均与伺服电机驱动器相连；其特征在于，所述恒流缓启动模块用于产生恒定电流，其包括芯片LM3409，芯片LM3409的2脚与电阻R155相连，用于设置输出恒流源电流；芯片LM3409的6脚与MOS管Q9的栅极相连，MOS管Q9的源极作为恒流输出与伺服驱动电机驱动器相连，MOS管Q9的漏极与芯片LM3409的供电电源相连；

所述主电源供电模块包括芯片LTC7001，芯片LTC7001与MOS管Q6、MOS管Q8相连，用于驱动MOS管Q6及Q8，开启完成对伺服电机驱动器主电源供电。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述恒流缓启动模块用于产生3A恒定电流。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LM3409的10脚作为芯片电源接口与电池电源VDD_BAT相连，且所述芯片LM3409的10脚与9脚间通过电容C76相连；

所述芯片LM3409的3脚作为使能端，并外接下拉电阻R395；

电阻R121与电阻R161串联后一端接入电池电源VDD_BAT，串联后另一端接地，电阻R161作为分压电阻，芯片LM3409的1脚接入电阻R121与电阻R161的公共连接端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LM3409的7脚与8脚间连接有检流电阻R125。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LM3409的2脚通过电阻R155接地。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述MOS管Q9的源极通过电感L2及肖特基整流器D44与伺服驱动电机驱动器相连；其中，电感L2的一端与MOS管Q9的源极相连，电感L2的另一端与肖特基整流器D44相连。

7.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LTC7001的4脚作为使能端接入单片机I/O口，芯片LTC7001的6脚分别与MOS管Q6及MOS管Q8的栅极相连，MOS管Q6及MOS管Q8的漏极与外接供电电源相连，MOS管Q6的源极与MOS管Q8的源极相连后与伺服电机驱动器相连。

8.根据权利要求1或7所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LTC7001的8脚与9脚间连接自举电容C75及电容C88，其中，电容C75与电容C88并联相接。

9.根据权利要求1或7所述的一种伺服电机驱动器供电启动系统，其特征在于：所述芯片LTC7001的6脚与MOS管Q6间通过电阻R116相连，芯片LTC7001的6脚与MOS管Q8间通过电阻R144相连。