反峰电压消除电路和电机驱动系统的制作方法

本实用新型涉及削反峰技术领域，具体涉及一种反峰电压消除电路和电机驱动系统。

背景技术：

伺服电机的工作过程是：ac/dc电源开机，输出电能给伺服控制器；伺服控制器驱动伺服电机进行工作。当伺服电机制动时会在电源的正负母线上产生正向的高压，如果母线上的电压过高就会使ac/dc电源和伺服控制器由于高电压而损坏。因此在母线上并接电容，用来吸收反灌的能量，实现削反峰功能，防止母线上高电压的产生。在工作完成后由于电容的电压还很高，为了人身安全，则利用与电容并联卸荷电阻来将电容上的电荷消耗掉。

现有技术中，由于伺服电机产生的反灌能量全部都需要反峰吸收电容进行吸收，所以电容的容量很大，导致设备体积大，降低了设备的便捷性较低，提高了设备成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种反峰电压消除电路和电机驱动系统，目的在于克服现有技术中设备体积大，降低了设备的便捷性较低，提高了设备成本的问题。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种反峰电压消除电路，包括：反峰吸收电容、与所述反峰吸收电容并联的电阻削反峰电路和与所述电阻削反峰电路串联的卸荷电阻；

所述电阻削反峰电路包括：比较组件、削反峰控制组件和削反峰电阻组件；

所述卸荷电阻与所述反峰吸收电容并联；

所述比较组件、所述削反峰控制组件和所述削反峰电阻组件依次串联连接；

所述比较组件、所述削反峰电阻组件、所述反峰吸收电容和所述卸荷电阻均与电源输出母线相连；

所述反峰吸收电容和所述削反峰电阻组件均用于消除所述电源输出母线上的反峰电压；

所述比较组件用于检测所述电源输出母线的电压是否超过电压过压点；

所述削反峰控制组件用于根据所述比较组件输出的电平，控制所述削反峰电阻组件对所述反峰电压进行消除的开启与关闭；

所述卸荷电阻用于对所述反峰吸收电容进行卸荷。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述电阻削反峰电路还包括：卸荷控制组件；

所述卸荷控制组件与所述比较组件相连；

所述卸荷控制组件用于通过控制所述比较组件输出的所述电平，以使所述削反峰电阻组件对所述反峰吸收电容进行卸荷。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述电阻削反峰电路还包括：过热保护组件；

所述削反峰控制组件包括：第一削反峰控制子组件和第二削反峰控制子组件；

所述过热保护组件分别与所述第一削反峰控制子组件和所述第二削反峰控制子组件相连；

所述比较组件与所述第一削反峰控制子组件相连；

所述削反峰电阻组件与所述第二削反峰控制子组件相连；

所述过热保护组件用于设置所述削反峰电阻组件的工作时间，以对所述削反峰电阻组件进行过热保护。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述比较组件包括：比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一二极管、第一电容、第二电容和稳压二极管；

所述比较器的第一端分别与所述第一二极管的第一端和所述第一削反峰控制子组件相连；

所述第一二极管的第二端通过所述第三电阻与所述比较器的第二端相连；

所述比较器的第二端通过所述第二电阻与所述第一电阻的第一端相连；

所述第一电阻的第二端分别与所述第五电阻的第一端、第七电阻的第一端和第一电容的第一端相连；

所述第五电阻的第二端通过所述第六电阻分别与所述电源输出母线的正极和所述削反峰电阻组件相连；

所述比较器的第三端分别与所述第四电阻的第一端和所述卸荷控制组件相连；

所述第四电阻的第二端分别与所述第八电阻的第一端、所述稳压二极管的第一端和所述第二电容的第一端相连；

所述比较器的第四端和所述第八电阻的第二端分别与第一电源相连；

所述比较器的第五端、所述第一电容的第二端、所述第七电阻的第二端、所述第二电容的第二端和所述稳压二极管的第二端均接地。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述卸荷控制组件包括：接插件、光电耦合器和第九电阻；

所述接插件的第一端通过所述第九电阻与所述光电耦合器的第一端相连；

所述接插件的第二端与所述光电耦合器的第二端相连；

所述光电耦合器的第三端分别与所述比较器的第三端和所述第四电阻的第一端相连；

所述光电耦合器的第四端接地。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述第一削反峰控制子组件包括：第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第一三极管、第二三极管和第三电容；

所述第十电阻的第一端分别与所述比较器的第一端和所述第一二极管的第一端相连；

所述第十电阻的第二端分别与所述第一三极管的第一端和所述第十一电阻的第一端相连；

所述第一三极管的第三端通过所述第十二电阻分别与所述第二三极管的第一端和所述第十三电阻的第一端相连；

所述第十三电阻的第二端、所述第二三极管的第二端和所述第三电容的第一端分别与所述第一电源相连；

所述第二三极管的第三端分别与所述过热保护组件和第二电源相连；

所述第十一电阻的第二端、所述第一三极管的第二端和所述第三电容的第二端均接地。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述过热保护组件包括：第一芯片、第二二极管、第十四电阻、第四电容、第五电容和有极性电容；

所述第一芯片的第一端、所述第一芯片的第六端、所述第十四电阻的第一端、所述第二二极管的第一端和所述第五电容的第一端分别与所述第二三极管的第三端相连；

所述第十四电阻的第二端分别与所述第一芯片的第二端和所述有极性电容的第一端相连；

所述第二二极管的第二端分别与所述第一芯片的第二端和所述第一芯片的第四端相连；

所述第一芯片的第三端与所述第四电容的第一端相连；

所述第一芯片的第五端与所述第二削反峰控制子组件相连；

所述有极性电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第一芯片的第七端和所述第五电容的第二端均接地。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述第二削反峰控制子组件包括：第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第三二极管和mos管；

所述第十五电阻的第一端和所述第十六电阻的第一端分别与所述第一芯片的第五端相连；

所述第十六电阻的第二端与所述第三二极管的第一端相连；

所述第十五电阻的第二端和所述第十七电阻的第一端分别与所述mos管的第一端相连；

所述第三二极管的第二端、所述第十七电阻的第二端和所述mos管的第二端分别与所述电源输出母线的负极相连；

所述mos管的第三端与所述削反峰电阻组件相连。

进一步地，上述反峰电压消除电路中，所述削反峰电阻组件包括至少一个反峰吸收电阻；

所有所述反峰吸收电阻均并联；

所有所述反峰吸收电阻并联后的第一端分别与所述第六电阻和所述电源输出母线的正极相连；

所有所述反峰吸收电阻并联后的第二端与所述mos管的第三端相连。

本实用新型还提供一种电机驱动系统，包括：电源、伺服控制器、伺服电机和上述反峰电压消除电路；

所述电源通过电源输出母线分别与所述伺服控制器和所述反峰电压消除电路相连；

所述伺服控制器与所述反峰电压消除电路相连；

所述伺服控制器与所述伺服电机相连。

本实用新型的反峰电压消除电路和电机驱动系统，反峰电压消除电路包括：反峰吸收电容、与反峰吸收电容并联的电阻削反峰电路和与电阻削反峰电路串联的卸荷电阻；电阻削反峰电路包括：比较组件、削反峰控制组件和削反峰电阻组件；卸荷电阻与反峰吸收电容并联；比较组件、削反峰控制组件和削反峰电阻组件依次串联连接；比较组件、削反峰电阻组件、反峰吸收电容和卸荷电阻均与电源输出母线相连。比较组件用于检测电源输出母线的电压是否超过电压过压点；削反峰控制组件用于根据比较组件输出的电平，控制削反峰电阻组件对反峰电压进行消除的开启与关闭；反峰吸收电容和削反峰电阻组件均用于消除电源输出母线上的反峰电压；卸荷电阻用于对所述反峰吸收电容进行卸荷。采用本技术方案，可以利用反峰吸收电容与削反峰电阻组件并联，来吸收反灌的能量，实现削反峰功能，防止母线上高电压的产生，这样可以减小电容的容量从而减小其占用的体积，使得设备体积变小，提高设备的便捷性，降低成本。

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和解释性的，并不能限制本实用新型。

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，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是本实用新型反峰电压消除电路的电路框图；

图2是本实用新型反峰电压消除电路的电路图；

图3是图2中电阻削反峰电路的电路图；

图4是本实用新型电机驱动系统的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本实用新型反峰电压消除电路的电路框图；图2是本实用新型反峰电压消除电路的电路图。如图1和图2所示，本实施例的反峰电压消除电路包括：反峰吸收电容c、电阻削反峰电路101和卸荷电阻r。其中，电阻削反峰电路101与卸荷电阻r串联后，再与反峰吸收电容c并联；反峰吸收电容c、电阻削反峰电路101和卸荷电阻r均与电源输出母线20相连。电阻削反峰电路101包括：比较组件1011、削反峰控制组件1012和削反峰电阻组件1013。其中，比较组件1011、削反峰控制组件1012和削反峰电阻组件1013依次串联连接；比较组件1011和削反峰电阻组件1013均与电源输出母线20相连。

比较组件1011可以检测电源输出母线20的电压是否超过电压过压点，如果超过了，则说明电源输出母线20的电压过高，需要消除反峰电压；削反峰控制组件1012可以根据比较组件1011输出的电平，控制削反峰电阻组件1013对反峰电压进行消除的开启与关闭。例如，比较组件1011检测出电源输出母线20的电压超过电压过压点，则输出高电平，使得削反峰控制组件1012控制削反峰电阻组件1013消耗电源输出母线20上的能量；当电源输出母线20的电压下降到电压过压点以下时，比较组件1011输出低电平，使得削反峰控制组件1012控制削反峰电阻组件1013停止工作。本实施例中反峰吸收电容c和削反峰电阻组件1013均可消除电源输出母线20上的反峰电压。在消除电源输出母线20上的反峰电压后，反峰吸收电容c的电压还很高，利用卸荷电阻r对反峰吸收电容c进行卸荷。

本实施例的反峰电压消除电路，包括：反峰吸收电容c、与反峰吸收电容c并联的电阻削反峰电路101和与电阻削反峰电路101串联的卸荷电阻r；电阻削反峰电路101包括：比较组件1011、削反峰控制组件1012和削反峰电阻组件1013；比较组件1011用于检测电源输出母线20的电压是否超过电压过压点；削反峰控制组件1012用于根据比较组件1011输出的电平，控制削反峰电阻组件1013对反峰电压进行消除的开启与关闭；反峰吸收电容c和削反峰电阻组件1013均用于消除电源输出母线20上的反峰电压；卸荷电阻r用于对反峰吸收电容c进行卸荷。这样，可以利用反峰吸收电容c与削反峰电阻组件1013并联，来吸收反灌的能量，实现削反峰功能，防止母线上高电压的产生，可以减小电容的容量从而减小其占用的体积，使得设备体积变小，提高设备的便捷性，降低成本。

进一步地，本实施例的反峰电压消除电路中，电阻削反峰电路101还包括卸荷控制组件1015，卸荷控制组件1015与比较组件1011相连。卸荷控制组件1015可以通过控制比较组件1011输出的电平，以使削反峰电阻组件1013对反峰吸收电容c进行卸荷。现有技术中，在电源正常工作时需要手动闭合卸荷转换开关，从而导通卸荷电阻r所在电路，对反峰吸收电容c进行卸荷。但是，手动卸荷容易被遗忘，从而造成安全隐患。本方案是利用卸荷控制组件1015自动对反峰吸收电容c进行卸荷，避免遗忘对反峰吸收电容c进行卸荷，提高了电路的安全性。

进一步地，本实施例的反峰电压消除电路中，电阻削反峰电路101还包括过热保护组件1014，削反峰控制组件1012包括：第一削反峰控制子组件10121和第二削反峰控制子组件10122。过热保护组件1014分别与第一削反峰控制子组件10121和第二削反峰控制子组件10122相连；比较组件1011与第一削反峰控制子组件10121相连；削反峰电阻组件1013与第二削反峰控制子组件10122相连；即，比较组件1011、第一削反峰控制子组件10122、过热保护组件1014和第二削反峰控制子组件10122依次串联连接。过热保护组件1014可以控制第二削反峰控制子组件10122的导通与断开，从而控制削反峰电阻组件1013的工作时长，当第二削反峰控制子组件10122导通，削反峰电阻组件1013的工作时长到达预设时长时，过热保护组件1014控制第二削反峰控制子组件10122断开，从而使削反峰电阻组件1013停止工作，以免因为比较组件1011出现故障或者电源输出母线20的电压一直下降不到电压过压点以下，削反峰电阻组件1013一直放电导致其过热，实现对削反峰电阻组件1013的过热保护，提高电路的安全性。

图3是图2中电阻削反峰电路的电路图，如图3所示，本实施例的电阻削反峰电路101中，比较组件1011包括：比较器n1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第一二极管d1、第一电容c1、第二电容c2和稳压二极管zd。比较器n1的第一端分别与第一二极管d1的第一端和第一削反峰控制子组件10121相连；第一二极管d1的第二端通过第三电阻r3与比较器n1的第二端相连；比较器n1的第二端通过第二电阻r2与第一电阻r1的第一端相连；第一电阻r1的第二端分别与第五电阻r5的第一端、第七电阻r7的第一端和第一电容c1的第一端相连；第五电阻r5的第二端通过第六电阻r6分别与电源输出母线20的正极和削反峰电阻组件1013相连；比较器n1的第三端分别与第四电阻r4的第一端和卸荷控制组件1015相连；第四电阻r4的第二端分别与第八电阻r8的第一端、稳压二极管zd的第一端和第二电容c2的第一端相连；比较器n1的第四端和第八电阻r8的第二端分别与第一电源(图中以12v电源示意)相连；比较器n1的第五端、第一电容c1的第二端、第七电阻r7的第二端、第二电容c2的第二端和稳压二极管zd的第二端均接地。

本实施例的电阻削反峰电路101中，卸荷控制组件1015包括：接插件j1、光电耦合器oc和第九电阻r9。接插件j1的第一端(引脚1和引脚2)通过第九电阻r9与光电耦合器oc的第一端相连；接插件j1的第二端(引脚3和引脚4)与光电耦合器oc的第二端相连；光电耦合器oc的第三端分别与比较器n1的第三端和第四电阻r4的第一端相连；光电耦合器oc的第四端接地。

本实施例的电阻削反峰电路101中，第一削反峰控制子组件10121包括：第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第一三极管q1、第二三极管q2和第三电容c3。第十电阻r10的第一端分别与比较器n1的第一端和第一二极管d1的第一端相连；第十电阻r10的第二端分别与第一三极管q1的第一端(基极)和第十一电阻r11的第一端相连；第一三极管q1的第三端(集电极)通过第十二电阻r12分别与第二三极管q2的第一端(基极)和第十三电阻r13的第一端相连；第十三电阻r13的第二端、第二三极管q2的第二端(发射极)和第三电容c3的第一端分别与第一电源(图中以12v电源示意)相连；第二三极管q2的第三端(集电极)分别与过热保护组件1014和第二电源(图中以vcc电源示意)相连；第十一电阻r11的第二端、第一三极管q1的第二端(发射极)和第三电容c3的第二端均接地。

本实施例的电阻削反峰电路101中，过热保护组件1014包括：第一芯片u1、第二二极管d2、第十四电阻r14、第四电容c4、第五电容c5和有极性电容ce。第一芯片u1的第一端(引脚r)、第一芯片u1的第六端(引脚vcc)、第十四电阻r14的第一端、第二二极管d2的第一端和第五电容c5的第一端分别与第二三极管q2的第三端(集电极)相连；第十四电阻r14的第二端分别与第一芯片u1的第二端(引脚trig)和有极性电容ce的第一端相连；第二二极管d2的第二端分别与第一芯片u1的第二端(引脚trig)和第一芯片u1的第四端(引脚thr)相连；第一芯片u1的第三端(引脚cvolt)与第四电容c4的第一端相连；第一芯片u1的第五端(引脚q)与第二削反峰控制子组件10122相连；有极性电容ce的第二端、第四电容c4的第二端、第一芯片u1的第七端(引脚gnd)和第五电容c5的第二端均接地。

本实施例的电阻削反峰电路101中，第二削反峰控制子组件10122包括：第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第三二极管d3和mos管q3。第十五电阻r15的第一端和第十六电阻r16的第一端分别与第一芯片u1的第五端(引脚q)相连；第十六电阻r16的第二端与第三二极管d3的第一端相连；第十五电阻r15的第二端和第十七电阻r17的第一端分别与mos管q3的第一端(栅极)相连；第三二极管d3的第二端、第十七电阻r17的第二端和mos管q3的第二端(源极)分别与电源输出母线20的负极相连；mos管q3的第三端(漏极)与削反峰电阻组件1013相连。

本实施例的电阻削反峰电路101中，削反峰电阻组件1013包括至少一个反峰吸收电阻rx；所有反峰吸收电阻rx均并联；所有反峰吸收电阻rx并联后的第一端分别与第六电阻r6和电源输出母线20的正极相连；所有反峰吸收电阻rx并联后的第二端与mos管q3的第三端(漏极)相连。本实施例图3中所示的反峰吸收电阻rx设置了10个并联，如图3中的rx1～rx10。

如图3所示，比较器n1是一个具有滞回功能的比较器，第一二极管d1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3组成反馈回路。比较器n1检测电源输出母线20的电压，当电源输出母线20的电压超过电压过压点时(即图3中v1>v2时)，比较器n1输出高电平，使第一三极管q1和第二三极管q2导通，第一芯片u1得到电源，输出高电平，使mos管q3导通，反峰吸收电阻rx1～rx10消耗电源输出母线20上的能量。当电源输出母线20的电压下降到设置值时，比较器n1输出低电平，使第一三极管q1和第二三极管q2截止，第一芯片u1失电，输出低电平，使mos管q3截止，反峰吸收电阻rx1～rx10断电停止工作，这样就实现了一次削反峰的功能。

当反峰吸收电容c和反峰吸收电阻rx1～rx10实现削反峰功能后，由接插件j1接入一个高电平使光电耦合器oc导通，从而使比较器n1输出高电平，第一三极管q1和第二三极管q2导通，第一芯片u1得到电源，输出高电平，使mos管q3导通，反峰吸收电阻rx1～rx10消耗反峰吸收电容c上的能量，从而实现对反峰吸收电容c卸荷的功能。达到预先设置的卸荷时长后取消接插件j1的高电平，使光电耦合器oc截止，反峰吸收电阻rx1～rx10不再消耗反峰吸收电容c上的能量。当达到光电耦合器oc预先设置的卸荷时长后，mos管q3截止，反峰吸收电阻rx1～rx10停止放电，实现卸荷的一个完整的工作过程。

本实施例中，由第一芯片u1、第十四电阻r14、第二二极管d2、有极性电容ce和第四电容c4组成单稳定时器，从而控制mos管q3的导通时长来实现对反峰吸收电阻rx1～rx10的过热保护功能。当电源vcc得电，有极性电容ce为低电平，第一芯片u1输出高电平，mos管q3导通，反峰吸收电阻rx1～rx10放电。在正常情况下由于放电电阻(反峰吸收电阻rx1～rx10)的存在，电源输出母线20上的电压可以很快下降到设置值，从而使mos管q3截止，反峰吸收电阻rx1～rx10不会过热。但当电源输出母线20上的电压不能按照预期下降或者比较器组件1011故障，mos管q3就会一直导通，反峰吸收电阻rx1～rx10一直放电导致其过热。为了防止这种现象的发生，由第一芯片u1组成单稳电路，延时时间t秒后，关断mos管q3，保证反峰吸收电阻rx1～rx10不会长时间放电。同时第二二极管d2将有极性电容ce的能量释放，保证当下一次电源vcc得电后有极性电容ce为低电平，使第一芯片u1输出高电平。延时时间t需要根据反峰吸收电阻rx1～rx10的过载时间确定。

反峰吸收电阻rx1～rx10有两个参数的选择比较重要。阻值选择要满足可以在规定的时间内能够消耗反峰能量使电源输出母线20上的电压降低到比较器n1的复位电压，功率选择根据电阻的特性选择高过载能力的放电电阻，可以在很短的时间内通过较大的电流。这时就要对放电时间进行限制，防止在比较器n1故障时不能复位导致电阻长时间工作。这时以第一芯片u1为基础的单稳定时器作为底层保护电路可以控制反峰吸收电阻rx的工作时长，该工作时长优选为5s。

图4是本实用新型电机驱动系统的电路图，如图4所示，本实施例的电机驱动系统包括：电源30、伺服控制器40、伺服电机50和上述实施例的反峰电压消除电路10。电源30通过电源输出母线20分别与伺服控制器40和反峰电压消除电路10相连；伺服控制器40与反峰电压消除电路10相连；伺服控制器40与伺服电机50相连。本实施例中，电源30优选为ac/dc电源。电机驱动系统在工作时，电源30开机，输出电能给伺服控制器40；伺服控制器40驱动伺服电机50进行工作。当伺服电机50制动时会在电源30的正负电源输出母线20上产生正向的高压，利用反峰电压消除电路10中反峰吸收电容c和削反峰电阻组件1013并联来吸收反灌的能量，实现削反峰功能，从而能够防止电源输出母线20上高电压的产生。并且，可以减小电容的容量从而减小其占用的体积，使得设备体积变小，提高设备的便捷性，降低成本。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。