增量式编码器断线检测电路及电机驱动装置的制作方法

本实用新型涉及电机驱动
技术领域：
，特别涉及一种增量式编码器断线检测电路及电机驱动装置。
背景技术：
：增量式编码器是一种将旋转的位移量转换为数字脉冲输出的一种传感器，由于其耐用、抗冲击、抗震动、不易受干扰、精度高、使用简单等优点，应用领域广泛，尤其在在运动控制领域。目前，断线检测通常利用A相、B相单端信号保持正交脉冲的物理特性和利用Z相的单端信号脉冲的机械角度固定的特性对增量式编码器进行断线检测。或者，通过差分信号断线检测，并采用光耦进行信号隔离。上述两种方式均有可能导致不能快速可靠地检测增量式编码器是否断线，而出现电机飞车，严重时甚至有可能导致驱动器损坏。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提出一种增量式编码器断线检测电路及电机驱动装置，旨在提高增量式编码器断线检测的可靠性。为实现上述目的，本实用新型提出一种增量式编码器断线检测电路，所述增量式编码器断线检测电路包括：差分检测电路，所述差分检测电路的多组输入端与增量式编码器的三相差分信号输出端一一对应连接，所述差分检测电路，配置为检测所述增量式编码器三相差分信号输出的差分信号，并输出对应的差分检测信号；整流电路，其输入端与所述差分检测电路的输出端连接，所述整流电路，配置为将所述差分检测信号转换成单端检测信号并输出；磁耦检测隔离电路，其输入端与所述整流电路的输出端连接，所述磁耦检测隔离电路，配置为在接收到的所述单端检测信号表征增量式编码器断线时，输出断线检测信号。可选地，所述差分检测电路包括三个差分检测电阻，三个所述差分检测电阻分别为A相差分检测电阻、B相差分检测电阻及Z相差分检测电阻；所述A相差分检测电阻与增量式编码器的A相差分信号输出端并联设置；所述B相差分检测电阻与增量式编码器的B相差分信号输出端并联设置；所述Z相差分检测电阻与增量式编码器的Z相差分信号输出端并联设置。可选地，所述整流电路包括三个整流桥，三个所述整流桥的两个输入端与三个所述差分检测电阻的两端一一对应连接。可选地，所述磁耦检测隔离电路包括三个磁耦隔离器，三个磁耦隔离器的输入端与三个所述整流桥的输出端一一对应连接。可选地，所述磁耦检测隔离电路还包括三个限流电阻，三个限流电阻分别为第一限流电阻、第二限流电阻及第三限流电阻，所述第一限流电阻的第一端、所述第二限流电阻的第一端及所述第三限流电阻的第一端与三个所述整流桥的输入端一一对应连接；所述第一限流电阻的第二端、所述第二限流电阻的第二端及所述第三限流电阻的第二端与三个所述磁耦隔离器的输入端一一对应连接。可选地，所述磁耦检测隔离电路还包括三个肖特基二极管，三个肖特基二极管分别为第一肖特基二极管、第二肖特基二极管及第三肖特基二极管，所述第一肖特基二极管的阳极、所述第二肖特基二极管的阳极及所述第三肖特基二极管的阳极与三个磁耦隔离器的输入端一一对应连接。可选地，所述增量式编码器断线检测电路还包括三输入与门逻辑电路，三输入与门逻辑电路的三个输入端与所述磁耦检测隔离电路的三个输出端一一对应连接。本实用新型还提出一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括增量式编码器及如上所述的增量式编码器断线检测电路，所述增量式编码器的三相差分信号输出端与所述增量式编码器断线检测电路的多个输入端一一对应连接。可选地，所述电机驱动装置还包括电机驱动器，所述增量式编码器断线检测电路的输出端与所述电机驱动器连接。可选地，所述电机驱动装置还包括断线报警电路，所述增量式编码器断线检测电路的输出端还与所述断线报警电路连接。本实用新型增量式编码器断线检测电路，通过设置差分信号检测电路来与增量式编码器的A、B、Z三相差分信号线连接，通过检测差分信号检测电路与整流电路及磁耦检测隔离电路是否形成闭合的电流回路，以及判断磁耦检测隔离电路30输出的断线检测信号的电平是否发生变化，即可实现对增量式编码器是否断线进行检测。本实用新型通过在差分信号检测电路的第一输入端和第二输入端的电平同相，而使差分检测电路与整流桥电路及磁耦检测隔离电路无法形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路输出低电平的断线检测信号，即可确定增量式编码器异常，也即差分信号输出端A+、A-、B+、B-、Z+或Z-中任一信号断线断线。本实用新型磁耦检测隔离电路的传输速率快、功耗更低、体积小和外围器件少，且磁耦检测隔离电路自带输入和输出整形电路，输出特性较好，输出信号无需再做处理，从而提高了增量式编码器断线检测的可靠性，从而解决了由于不能快速可靠地检测是否断线，而出现电机飞车，严重时甚至有可能导致驱动器损坏的问题。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型增量式编码器断线检测电路一实施例的功能模块示意图；图2为本实用新型增量式编码器断线检测电路一实施例的电路结构示意图；图3为本实用新型增量式编码器断线检测电路另一实施例的功能模块示意图；图4为本实用新型电机驱动装置一实施例的功能模块示意图。附图标号说明：标号名称标号名称10差分检测电路R1A相差分检测电阻20整流电路R2B相差分检测电阻30磁耦检测隔离电路R3Z相差分检测电阻40三输入与门逻辑电路R31第一限流电阻100增量式编码器R32第二限流电阻200增量式编码器断线检测电路R33第三限流电阻300电机驱动器D1第一肖特基二极管400断线报警电路D2第二肖特基二极管U1～U3磁耦隔离器D3第三肖特基二极管21～23整流桥本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。本实用新型提出一种增量式编码器断线检测电路。增量式编码器是一种将旋转的位移量转换为数字脉冲输出的一种传感器，由于其耐用、抗冲击、抗震动、不易受干扰、精度高、使用简单等优点，应用领域广泛，尤其在在运动控制领域。增量式编码器一般会输出A、B、Z三相信号，其中，A相信号、B相信号为相位差90°的增量信号，Z信号为零位信号，增量式编码器每旋转一周输出一个脉冲，用于在电机上电时检测电机转子的当前位置。带有A、B、Z信号的增量式编码器的A相、B相单端信号为正交脉冲信号，Z相单端信号为增量式编码器在固定的机械角度位置产生的一个窄脉冲信号。增量式编码器的三相输出端与电机驱动器连接，以使驱动器获知电机转子的当前位置，然而如果增量式编码器与驱动器之间连线中的某一根出现断线，则驱动器就无法获知电机的当前位置。因此，一般在电机驱动装置中，通常设置有断线检测电路，目前，断线检测通常利用A相、B相单端信号保持正交脉冲的物理特性和利用Z相的单端信号脉冲的机械角度固定的特性对增量式编码器进行断线检测。或者，通过差分信号断线检测，并采用光耦进行信号隔离，然而光耦存在体积大、外围器件多、功耗高等问题。更重要的是，编码器输出A、B信号边沿频率可达16MHz，而目前高速光耦最高转换频率一般为10MHz，所以当编码器输出A、B信号边沿频率较高时，采用光耦可能存在不能及时检测到断线的问题。上述两种方式均有可能导致不能快速可靠地检测增量式编码器是否断线，而出现电机飞车，严重时甚至有可能导致驱动器损坏。为了解决上述问题，参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，该增量式编码器断线检测电路200包括：差分检测电路10，所述差分检测电路10的多组输入端与增量式编码器100的三相差分信号输出端一一对应连接，所述差分检测电路10，配置为检测所述增量式编码器100三相差分信号输出的差分信号，并输出对应的差分检测信号；整流电路20，其输入端与所述差分检测电路10的输出端连接，所述整流电路20，配置为将所述差分检测信号转换成单端检测信号并输出；磁耦检测隔离电路30，其输入端与所述整流电路20的输出端连接，所述磁耦检测隔离电路30，配置为在接收到的所述单端检测信号表征增量式编码器100断线时，输出断线检测信号。本实施例中，差分检测电路10的输入端根据增量式编码器100的三相差分信号输出端(A+及A-；B+及B-；Z+及Z-)设置，也即差分检测电路10包括三组输入端，每一组输入端包括两个输入端，且分别记为第一输入端和第二输入端，第一输入端和第二输入端分别与增量式编码器100的一相差分信号输出端对应连接，差分检测电路10可以检测增量式编码器100是否断线，具体地，在增量式编码器100正常，也即未断线时，差分检测电路10连接在差分信号输出A+及A-，B+及B-，Z+及Z-的多组输入端中，第一输入端和第二输入端的电平反相。在第一输入端和第二输入端的电平反相时，此时差分检测电路10与整流电路20及磁耦检测隔离电路30形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路30则输出高电平的检测信号。而在增量式编码器100异常，也即断线时，例如，差分信号输出端A+或A-中任一信号断线，则第一输入端和第二输入端的电平同相。此时差分检测电路10与整流桥电路及磁耦检测隔离电路30无法形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路30则输出低电平的断线检测信号。整流电路20在差分检测电路10的第一输入端和第二输入端的电平反相时，将增量式编码器100的三相差分信号输出端输出的差分信号进行整流后，转换成单端检测信号，并输出至磁耦检测隔离电路30，磁耦检测隔离电路30将该单端检测信号进行信号隔离后，输出高电平的断线检测信号。而在差分检测电路10的第一输入端和第二输入端的电平同相时，此时整流电路20不工作，此时磁耦检测隔离电路30输出低电平的断线检测信号。本实用新型增量式编码器断线检测电路200，通过设置差分信号检测电路来与增量式编码器100的A、B、Z三相差分信号线连接，通过检测差分信号检测电路与整流电路20及磁耦检测隔离电路30是否形成闭合的电流回路，以及判断磁耦检测隔离电路30输出的断线检测信号的电平是否发生变化，即可实现对增量式编码器100是否断线进行检测。本实用新型通过在差分信号检测电路的第一输入端和第二输入端的电平同相，而使差分检测电路10与整流桥电路及磁耦检测隔离电路30无法形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路30输出低电平的断线检测信号，即可确定增量式编码器100异常，也即差分信号输出端A+、A-、B+、B-、Z+或Z-中任一信号断线断线。本实用新型磁耦检测隔离电路30的传输速率快、功耗更低、体积小和外围器件少，且磁耦检测隔离电路30自带输入和输出整形电路，输出特性较好，输出信号无需再做处理从而提高了增量式编码器100断线检测的可靠性，从而解决了由于不能快速可靠地检测是否断线，而出现电机飞车，严重时甚至有可能导致驱动器损坏的问题。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述差分检测电路10包括三个差分检测电阻，三个所述差分检测电阻分别为A相差分检测电阻R1、B相差分检测电阻R2及Z相差分检测电阻R3；所述A相差分检测电阻R1与增量式编码器100的A相差分信号输出端并联设置；所述B相差分检测电阻R2与增量式编码器100的B相差分信号输出端并联设置；所述Z相差分检测电阻R3与增量式编码器100的Z相差分信号输出端并联设置。本实施例中，A相差分检测电阻R1、B相差分检测电阻R2及Z相差分检测电阻R3分别具有第一端和第二端(也即差分检测电路10的第一输入端和第二输入端)，A相差分检测电阻R1的第一端和第二端分别与增量式编码器100的A相差分信号输出端连接，B相差分检测电阻R2的第一端和第二端分别与增量式编码器100的B相差分信号输出端连接，Z相差分检测电阻R3的第一端和第二端分别与增量式编码器100的Z相差分信号输出端连接。在增量式编码器100正常，也即未断线时，在A相差分检测电阻R1的第一端和第二端的电平反相时，此时A相差分检测电阻R1与整流电路20及磁耦检测隔离电路30形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路30则输出高电平的检测信号。而在增量式编码器100异常，也即断线时，差分信号输出端A+或A-中任一信号断线，则A相差分检测电阻R1的第一端和第二端的电平同相。此时A相差分检测电阻R1与整流桥电路及磁耦检测隔离电路30无法形成闭合的电流回路，磁耦检测隔离电路30则输出低电平的断线检测信号。同理，B相差分检测电阻R2与C相差分检测电阻的检测原理与A相差分检测电阻R1的原理相同，技术效果也相同，具体可参照A相差分检测电阻R1，此处不再一一赘述。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述整流电路20包括三个整流桥(21、22及23)，三个所述整流桥(21、22及23)与三个所述差分检测电阻(R1、R2及R3)一一对应连接。本实施例中，整流桥可以是整流桥堆，也可以是由四个二极管组成的整流桥电路，三个整流桥的两个输入端分别与差分检测电阻的两端连接，本实施例可选为由分立的二极管组成的整流桥电路来实现。增量式编码器100的输出高电平为VH，低电平为VL(VH和VL为相对于增量式编码器的GND而言)；各个二极管的压降均为VD。在正常情况下，也即非断线的情况下，例如A相差分检测电阻R1的第一端A+，也即增量式编码器的A+相输出端的电压为VA+(VA+为VH或VL)，A相差分检测电阻R1的第二端A-，也即增量式编码器的A-相输出端的电压为VA-(VA-为VH或VL，VA+为VH时VA-为VL，VA+为VL时VA-为VH)，此时A相差分检测电阻R1两端的电压差等于VAH-VAL。同理，B相差分检测检测电阻R2的第一端B+，第二端B-，以及Z相差分检测电阻R3的第一端Z+，第二端Z-的电压可参照A相差分检测电阻R1两端的电压分布规律来确定，此处不再赘述。增量式编码器100输出的差分信号经过相应的二极管整流之后，输出整流后的单端检测信号至磁耦检测隔离电路30。而在断线情况下，例如A相差分检测电阻R1的第一端所连接的A相差分信号输出端A+，或者A相差分检测电阻R1的第二端所连接的A相差分信号输出端A-所接信号线断线，此时，A相差分检测电阻R1两端的电平相同，也即同为正或者同为负，使得整流桥(21、22及23)中有一二极管的阳极和阴极的电位相同而无法导通，使得无法构成电流回路，而不能进行整流，也即不会输出单端检测信号至磁耦检测隔离电路30。另外，该增量式编码器100没有输出，等同于上述差分检测电阻的第一端和第二端同相的情况，同样可以确定增量式编码器100是否断线。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述磁耦检测隔离电路30包括三个磁耦隔离器(U1、U2及U3)，三个磁耦隔离器(U1、U2及U3)的输入端与三个所述整流桥的输出端一一对应连接。本实施例中，三个磁耦隔离器(U1、U2及U3)可选采用ADuM110N1型磁耦隔离器(U1、U2及U3)来实现，三个磁耦隔离器的输入端与整流桥(21、22及23)一一对应连接，以在整流桥(21、22及23)输出单端检测信号时，对该单端检测信号进行隔离后输出。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述磁耦检测隔离电路30还包括三个限流电阻，三个限流电阻分别为第一限流电阻R31、第二限流电阻R32及第三限流电阻R33，所述第一限流电阻R31的第一端、所述第二限流电阻R32的第一端及所述第三限流电阻R33的第一端与三个所述整流桥的输入端一一对应连接；所述第一限流电阻R31的第二端、所述第二限流电阻R32的第二端及所述第三限流电阻R33的第二端与三个所述磁耦隔离器的输入端一一对应连接。本实施例中，三个限流电阻用于避免输出至磁耦隔离器的电流过大而损坏磁耦隔离器。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述磁耦检测隔离电路30还包括三个肖特基二极管(D1～D3)，三个肖特基二极管分别为第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2及第三肖特基二极管D3，所述第一肖特基二极管D1的阳极、所述第二肖特基二极管D2的阳极及所述第三肖特基二极管D3的阳极与三个磁耦隔离器的输入端一一对应连接。本实施例中，需要说明的是，磁耦隔离器的第一供电电源VDD电压一般为5V，而增量式编码器100输出的差分信号的幅值可能大于磁耦隔离器的第一供电电源VDD电压，有可能损坏磁耦隔离器，为了避免上述问题发生，本实施例对应三个磁耦隔离器(U1～U3)还设置了三个肖特基二极管(D1～D3)，各肖特基二极管的阳极与对应磁耦隔离器的输入端连接，肖特基二极管的阴极与磁耦隔离器的电源输入端及第一供电电源VDD互连。通过肖特基二极管，将磁耦隔离器输入端的电压钳位于磁耦隔离器的第一供电电源VDD电压，从而避免输出至磁耦隔离器的电压过大而损坏磁耦隔离器。磁耦隔离器还包括第二供电电源VCC，第二供电电源VCC用于匹配电极驱动器400的电压。参照图1至图4，在一可选实施例中，所述增量式编码器断线检测电路200还包括三输入与门逻辑电路40，三输入与门逻辑电路40的三个输入端与所述磁耦检测隔离电路30的三个输出端(A-Break、B-Break及Z-Break)一一对应连接。本实施例中，需要说明的是，增量式编码器断线检测电路200的输出端通常与电机驱动器300的输入/输出(I/O)口连接，电机驱动器300需要连接电机、增量式编码器100等，因此其输入/输出(I/O)口的数量有限，为了避免过多的占用电机驱动器300的输入/输出(I/O)口的资源，本实施例还设置有与门逻辑电路，与门逻辑电路的三个输入端分别与三个磁耦隔离器的输出端连接，在增量式编码器100工作正常，未断线时，三个磁耦隔离器均输出高电平的逻辑信号至三输入与门逻辑电路40，此时与门逻辑电路输出高电平的断线检测信号。而在增量式编码器100有一相差分信号输出端出现断线时，则此时三个磁耦隔离器中的一个或者多个输出端输出低电平的逻辑信号至三输入与门逻辑电路40，此时门逻辑电路输出低电平的断线检测信号，从而可以确定增量式编码器100出现了断线。本实用新型还提出一种电机驱动装置。参照图4，所述电机驱动装置包括增量式编码器100及如上所述的增量式编码器断线检测电路200，所述增量式编码器100的三相差分信号输出端与所述增量式编码器断线检测电路200的多个输入端一一对应连接。该增量式编码器断线检测电路200的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型电机驱动装置中使用了上述增量式编码器断线检测电路200，因此，本实用新型电机驱动装置的实施例包括上述增量式编码器断线检测电路200全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。参照图4，在一可选实施例中，所述电机驱动装置还包括电机驱动器300，所述增量式编码器断线检测电路200的输出端与所述电机驱动器300连接。本实施例中，增量式编码器断线检测电路200的输入端并联设置于所述增量式编码器100与电机驱动器300之间，增量式编码器断线检测电路200可以设置有一个输出端，或者三个输出端，以将断线检测信号输出至电机驱动器300，当设置有一个输出端时，电机驱动器300可以根据该断线检测信号确定增量式编码器100出现断线，当设置三个输出端时，则可以准确的确定增量式编码器100的三相差分信号中的对应的差分信号输出端的断线情况。电机驱动器300可以在确定增量式编码器100断线时，控制电机停止工作，或者输出相应的报警信号。参照图4，在一可选实施例中，所述电机驱动装置还包括断线报警电路400，所述增量式编码器断线检测电路200的输出端还与所述断线报警电路400连接。本实施例中，该断线报警电路400可以采用发光二极管、蜂鸣器等声光报警元件来实现，以在确定增量式编码器100断线时，输出相应的报警信号。本实施例中，断线报警电路400还可以与驱动器连接，以确定增量式编码器100断线时，通过电机驱动器300来控制报断线警电路400工作。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，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3