控制电路的故障检测方法、电机控制器和伺服控制系统与流程

本发明涉及伺服控制技术领域，具体而言，涉及一种控制电路的故障检测方法、电机控制器和伺服控制系统。

背景技术：

相关技术中，pwm信号是控制系统中的关键控制信号，其信号完整性对控制系统有着至关重要的作用。然而，在信号的传输过程中，pwm信号可能出现异常，导致pwm驱动电路接收到的信号并不一定是主控芯片的输出值，造成功率器件损坏爆炸等严重后果。

现有的电机控制电路设计中，主控芯片发出的上下桥臂驱动信号未经过检测直接进入ipm模块，当光电耦合器(简称光耦)损坏时，输出的上下桥臂驱动信号可能出现同时为高电平的现象。上下桥臂驱动信号同时为高电平时，ipm模块内部上下桥臂会同时导通而发生短路，造成ipm模块损坏爆炸等严重后果，存在极大的安全隐患。图1是现有技术中一种可选的pwm控制电路的示意图，在图1中，cpu发出的两路上下桥臂驱动信号(经过信号缓冲器进行电平转换)，分别经过电阻r1、r2、r5和r6后，通过光耦隔离，将上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号的信号差直接输入到ipm模块上桥臂驱动信号引脚，下桥臂驱动信号和上桥臂驱动信号的信号差直接输入到ipm模块下桥臂驱动信号引脚，用来驱动ipm模块内部的igbt，从而控制电机的运行。因此，对进入ipm模块的pwm波进行检测至关重要。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种控制电路的故障检测方法、电机控制器和伺服控制系统，以至少解决相关技术中由于驱动信号未经过检测直接进入ipm模块，容易损害功率器件，造成安全隐患的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种控制电路的故障检测方法，所述控制电路至少包括：光电耦合器和智能功率模块ipm，所述故障检测方法包括：检测所述光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号；分析所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号是否出现异常；若所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常，则确定所述控制电路出现故障；在确定所述控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护所述ipm模块，其中，pwm波为主控芯片发出，并输入至所述ipm模块。

可选地，分析所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号进行逻辑与非处理，得到与非门输出信号；将所述与非门输出信号输入至预设晶体管的栅极，其中，所述预设晶体管接在光电耦合器电源的输入路径上，以控制所述光电耦合器的工作状态；在所述预设晶体管的栅极接收到低电平信号时，确定所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

可选地，所述在确定所述控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，包括：切断所述光电耦合器电源，以控制所述光电耦合器停止工作；在所述光电耦合器停止工作后，停止输出驱动信号，以关断所述pwm波。

可选地，分析所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，得到第一与门输出信号；将所述第一与门输出信号输入至信号缓冲器的第一预设引脚，其中，所述信号缓冲器设置在所述光电耦合器的后端；在所述第一预设引脚接收到高电平信号时，确定所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

可选地，所述在确定所述控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，还包括：在所述信号缓冲器的第一预设引脚接收到高电平信号后，阻断驱动信号的传输路径；在阻断驱动信号的传输路径后，禁止所述ipm模块的上桥臂和下桥臂同时导通，以关断所述pwm波。

可选地，分析所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，得到第二与门输出信号；将所述第二与门输出信号输入至所述ipm模块的第二预设引脚；在所述第二预设引脚接收到高电平时，确定所述上桥臂驱动信号和所述下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

可选地，所述在确定所述控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，还包括：通过所述ipm模块内部关断所述pwm波，以保护所述ipm模块。

可选地，所述第二预设引脚为cin引脚。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器执行上述任意一项所述的控制电路的故障检测方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种伺服控制系统，至少包括：上述的电机控制器。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人，应用于上述的伺服控制系统。

本发明实施例中，先检测光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常，若上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常，则确定控制电路出现故障，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块，其中，pwm波为主控芯片发出，并输入至ipm模块。在该实施例中，可以对发送到ipm模块的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行检测，当驱动信号出现异常时迅速关断pwm波，防止上下桥臂同时导通，造成ipm模块损坏，实现了对ipm模块的保护，从而解决相关技术中由于驱动信号未经过检测直接进入ipm模块，容易损害功率器件，造成安全隐患的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中一种可选的pwm控制电路的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的控制电路的故障检测方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的pwm波故障检测的控制电路的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的pwm波检测电路的检测流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为便于本领域技术人员理解本发明，下面对本发明各实施例中涉及的部分术语或者名词做出解释：

ipm，智能功率模块，也可以是指一种功率开关器件，具有gtr(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及与晶体管mosfet高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。

pwm，pulsemodulationwave，脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形。

光电耦合器，也可以称为光电隔离器或者光耦，以光为媒介来传输信号的器件。

本发明实施例可以应用于各种伺服控制系统中，伺服控制系统包括但不限于：主控芯片(传输驱动信号至光电耦合器)、光电耦合器(简称光耦)、信号缓冲器、ipm模块、晶体管等。主控芯片发出驱动信号，经过信号缓冲器进行电平转换后，输入到光电耦合器前端。

本发明实施例中的电机的控制电路，结构简单轻巧，成本低，采用逻辑门处理信号，反应速度达到纳秒级，远大于ipm模块自身判断故障关闭pwm波的时间，提高了电机驱动系统的可靠性。

根据本发明实施例，提供了一种控制电路的故障检测方法实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例的提供的控制电路的故障检测方法，控制电路至少包括：光电耦合器和智能功率模块ipm。

图2是根据本发明实施例的一种可选的控制电路的故障检测方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤s202，检测光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号；

步骤s204，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常；

步骤s206，若上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常，则确定控制电路出现故障；

步骤s208，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块，其中，pwm波为主控芯片发出，并输入至ipm模块。

通过上述步骤，可以先检测光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常，若上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常，则确定控制电路出现故障，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块，其中，pwm波为主控芯片发出，并输入至ipm模块。在该实施例中，可以对发送到ipm模块的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行检测，当驱动信号出现异常时迅速关断pwm波，防止上下桥臂同时导通，造成ipm模块损坏，实现了对ipm模块的保护，从而解决相关技术中由于驱动信号未经过检测直接进入ipm模块，容易损害功率器件，造成安全隐患的技术问题。

下面结合上述各步骤来详细说明本发明。

步骤s202，检测光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号。

主控芯片在发出上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号后，经过信号缓冲器进行电平转换，然后传输至光电耦合器，本发明实施例中重点对该光电耦合器输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行检测。

光电耦合器可以与主控芯片连接，接收主控芯片的pwm驱动信号。

由于信号互锁，上桥臂和下桥臂的驱动光耦只会导通一个，正常情况下，上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号不应该存在同时为高电平的情况。但如果光耦损坏，信号的互锁失去作用，输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号很有可能同时为高电平。因此，对光耦输出的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行检测，排除故障信息。

步骤s204，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常。

步骤s206，若上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常，则确定控制电路出现故障。

步骤s208，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块，其中，pwm波为主控芯片发出，并输入至ipm模块。

信号缓冲器对信号的传输由/oe引脚的电平信号决定，当/oe引脚为高电平时，关断信号传输，当/oe引脚为低电平时，实现信号传输。现在增加pwm波检测电路，此电路对光耦后端到ipm模块的pwm波进行检测，异常情况下，从三个方面关断pwm波，实现对ipm模块的三重保护。

第一重保护，通过预设晶体管实现保护。

可选的，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行逻辑与非处理，得到与非门输出信号；将与非门输出信号输入至预设晶体管的栅极，其中，预设晶体管接在光电耦合器电源的输入路径上，以控制光电耦合器的工作状态；在预设晶体管的栅极接收到低电平信号时，确定上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

由于光电耦合器是通过光作为媒介来传输信号，因此，若是出现异常，可以直接通过关断该预设晶体管，使得光无法传输至光电耦合器，光电耦合器无法工作，也就不会将pwm波传输给ipm模块。

另一种可选的，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，包括：切断光电耦合器电源，以控制光电耦合器停止工作；在光电耦合器停止工作后，停止输出驱动信号，以关断pwm波。

例如，将上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b进行逻辑与非处理，然后将与非门输出信号s1输入到n型mosfet管的栅极，此mosfet管接在光耦电源的输入路径上，用来控制光耦的工作状态。当上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b出现异常(同时为高电平)时，与非门输出信号s1为低电平，mosfet管关断，切断了光耦的电源，光耦停止工作，关闭驱动信号的输出，从而关断pwm波，此保护在光耦后端检测pwm波，信号发生异常时，直接关断光耦电源，禁止其继续输出pwm波。

第二重保护，通过信号缓冲器的第一预设引脚保护

可选的，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，得到第一与门输出信号；将第一与门输出信号输入至信号缓冲器的第一预设引脚，其中，信号缓冲器设置在光电耦合器的后端；在第一预设引脚接收到高电平信号时，确定上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

另一种可选的，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，还包括：在信号缓冲器的第一预设引脚接收到高电平信号后，阻断驱动信号的传输路径；在阻断驱动信号的传输路径后，禁止ipm模块的上桥臂和下桥臂同时导通，以关断pwm波。

例如，将上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b进行逻辑与处理，然后将与门输出信号s输入到光耦后端信号缓冲器的第一预设引脚(该第一预设引脚自行设置，例如，/oe引脚)。当上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b出现异常(同时为高电平)时，与门输出信号s为高电平，信号缓冲器的第一预设引脚接收到高电平信号后，驱动信号的传输路径被阻断，从而关断pwm波。此保护在光耦后端检测pwm波，信号发生异常时，禁止ipm模块上下桥臂同时导通而发生短路。

第三重保护通过ipm模块的第二预设引脚保护

可选的，分析上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号是否出现异常的步骤，包括：对上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，得到第二与门输出信号；将第二与门输出信号输入至ipm模块的第二预设引脚；在第二预设引脚接收到高电平时，确定上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号中的至少之一出现异常。

另一种可选的，在确定控制电路出现故障时，关断pwm波，以保护ipm模块的步骤，还包括：通过ipm模块内部关断pwm波，以保护ipm模块。

例如，将上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b进行逻辑与处理，然后将与门输出信号s输入到ipm模块的第二预设引脚(该第二预设引脚自行设置，例如，设置第二预设引脚为cin引脚)，cin引脚为高电平时，ipm模块内部直接关断pwm波，输出故障报警。当上桥臂驱动信号a和下桥臂驱动信号b出现异常(同时为高电平)时，与门输出信号s为高电平，ipm模块的cin引脚接收到高电平信号后，ipm模块内部直接关断pwm波。此保护在光耦后端检测pwm波，信号发生异常时，ipm模块内部直接关断pwm波。

这三重保护互不冲突，在功能有着互补作用。其中任意一重保护失效时，另外两重保护也能及时关断pwm波，保护ipm模块，极大地提高了驱动电路的可靠性。

图3是根据本发明实施例的一种可选的pwm波故障检测的控制电路的示意图，如图3所示，包括：主控芯片31、光耦32、信号缓冲器33和ipm34。u1为逻辑与非门；u2、u3均为逻辑与门；u4为信号缓冲器；q1为n型mos管；r1、r2均为电阻。

在图3中，主控芯片31输出pwm波号至光耦32，光耦32可以基于pwm波信号，确定多个驱动信号(即图3中驱动信号1、驱动信号2、驱动信号3、驱动信号4、驱动信号5、驱动信号6)，然后通过信号缓冲器，将各个驱动信号分别发送至ipm。

其在光耦电源输入端设置第一重保护，即设置mos管(即上述的预设晶体管，为mosfet管的简称)，cpu发出的上下桥臂驱动信号输入后，通过逻辑与非门(“&+o”)，与非门输出的电平信号输入到mos管的栅极，根据栅极电平的高低确定mos的导通与关断。当上下桥臂信号异常时，mos管关断，从而切断光耦的电源，关闭pwm波。图3中q1为mosfet管，q1通过电阻r1与外部输入电压vcc连接，该第一重保护方式通过mos管的栅极来判断上下桥臂的驱动信号是否出现异常。

在信号缓冲器连接处设置第二重保护，即/oe引脚，通过该引脚，对ipm模块的上下桥臂信号的状态进行判断，以确定上下桥臂的驱动信号是否出现异常。ipm模块的上下桥臂信号，通过逻辑与门处理后，将与门输出信号输入光耦后端的信号缓冲器的/oe引脚，然后通过判断结果确定是否关闭pwm波。

在ipm模块的连接处设置第三重保护，即连接cin引脚，通过cin引脚接收逻辑与门处理后的电平信号。第三重保护是指：将上下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，然后将与门输出信号传输到ipm模块的cin引脚，当cin引脚接收到异常信号(高电平)时，关闭pwm波。即可以通过cin引脚接收的电平信号(如高电平信号或低电平信号)，来判断ipm模块的上下桥臂驱动信号是否出现异常。根据与门输出信号，确定上下桥臂驱动信号是否异常，若是异常，关闭pwm波，若是正常，则发送pwm波至ipm模块内。

图4是根据本发明实施例的一种可选的pwm波检测电路的检测流程图，如图4所示，

在获取到ipm模块的上下桥臂驱动信号后，分别将ipm模块的上桥臂驱动信号下桥臂驱动信号进行逻辑与处理，以及将ipm模块的上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行逻辑与非处理。

对于逻辑与处理，分别将与门输出信号输入光耦后端信号缓冲器的/oe引脚，和将与门输出信号输入ipm模块的cin引脚。若是出现高电平，则确定上下桥臂驱动信号出现异常，关闭pwm波；若是经过与门处理后，都为低电平，则确定上下桥臂驱动信号正常，则发送pwm波至ipm模块。

对于逻辑与非处理结果，将与非门输出信号输入值mosfet管的栅极，若是出现低电平，则确定上下桥臂驱动信号异常，mosfet管关断，光耦不工作，从而关断pwm波；若是出现高电平，则确定上下桥臂驱动信号正常，mosfet管导通，光耦正常工作，并发送给pwm波。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电机控制器，其特征在于，电机控制器执行上述任意一项的控制电路的故障检测方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种伺服控制系统，至少包括：上述的电机控制器。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人，应用于上述的伺服控制系统。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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