一种驱动器电源监控电路论文和设计-高原

全文摘要

一种驱动器电源监控电路，包括第一监控电路、第二监控电路和电源转换电路，驱动器电源的电压信号分别输入第一监控电路和第二监控电路，第一监控电路的输出连接驱动器控制芯片，第二监控电路输出使能信号至电源转换电路，电源转换电路用于将驱动器电源转换为二次电源，二次电源为驱动器控制芯片供电。本实用新型监能够应对驱动器电源波动，抗干扰能力强，能够避免驱动器在电源异常反弹条件时产生误报警，稳定可靠，实时监控，电路结构较为精简，成本低，适合驱动器小型化设计。

主设计要求

1.一种驱动器电源监控电路，其特征是包括第一监控电路、第二监控电路和电源转换电路，驱动器电源的电压信号分别输入第一监控电路和第二监控电路，第一监控电路的输出连接驱动器控制芯片，第二监控电路输出使能信号至电源转换电路，电源转换电路用于将驱动器电源转换为二次电源，二次电源为驱动器控制芯片供电，第一监控电路为比较器电路，比较器阈值根据驱动器电源电压的正常波动值设置，用于监控驱动器电源的波动，第二监控电路为滞回比较器，在滞回比较器的反馈回路上设有二极管，所述滞回比较器设有上电阈值Vth2_h和下电阈值Vth2_l，根据驱动器电源上电或者下电过程中，上下电阈值电压和参考电压进行比较，输出使能信号POWER_EN至电源转换电路，所述使能信号用于控制二次电源供电的通断；其中上电阈值Vth2_h基于二次电源下电瞬间驱动器电源反弹值进行取值，下电阈值Vth2_l基于保证二次电源正常输出的最小驱动器电源电压进行具体取值；滞回比较器参考基准Vref2小于滞回比较器最小工作电压Vmin2，Vmin2小于电源转换电路的欠压保护点Uuvlo。

设计方案

1.一种驱动器电源监控电路，其特征是包括第一监控电路、第二监控电路和电源转换电路，驱动器电源的电压信号分别输入第一监控电路和第二监控电路，第一监控电路的输出连接驱动器控制芯片，第二监控电路输出使能信号至电源转换电路，电源转换电路用于将驱动器电源转换为二次电源，二次电源为驱动器控制芯片供电，

第一监控电路为比较器电路，比较器阈值根据驱动器电源电压的正常波动值设置，用于监控驱动器电源的波动，

第二监控电路为滞回比较器，在滞回比较器的反馈回路上设有二极管，所述滞回比较器设有上电阈值Vth2_h和下电阈值Vth2_l，根据驱动器电源上电或者下电过程中，上下电阈值电压和参考电压进行比较，输出使能信号POWER_EN至电源转换电路，所述使能信号用于控制二次电源供电的通断；其中上电阈值Vth2_h基于二次电源下电瞬间驱动器电源反弹值进行取值，下电阈值Vth2_l基于保证二次电源正常输出的最小驱动器电源电压进行具体取值；滞回比较器参考基准Vref2小于滞回比较器最小工作电压Vmin2，Vmin2小于电源转换电路的欠压保护点Uuvlo。

2.根据权利要求1所述的一种驱动器电源监控电路，其特征是第一监控电路为单限比较器电路，单限比较器阈值Vth1_h基于驱动器电源的供电器件推荐工作电压以及电压监控的精度范围进行取值，比较器参考基准Vref1小于比较器最小工作电压Vmin1，Vmin1小于电源转换电路的欠压保护点Uuvlo。

3.根据权利要求1或2所述的一种驱动器电源监控电路，其特征是所述驱动器控制芯片为具有存储功能的芯片，第一监控电路输出使能信号POWER_MON至驱动器控制芯片，所述使能信号POWER_MON用于控制驱动器控制芯片存储当前信息。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，涉及驱动器电源，为一种驱动器电源监控电路。

背景技术

自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、材料技术、传感器技术、电力电子技术、微电子技术、控制技术以及计算机技术等支撑技术的快速发展，驱动技术取得了巨大的进步。驱动器又称“控制器”、“放大器”，是用来控制电机的一种控制器，属于传动系统的一部分。驱动器是现代运动控制的重要组成部分，目前，驱动器不仅在工农业生产以及日常生活中得到了非常广泛的应用，而且在许多高科技领域，如机器人、数控机床、大规模集成电路制造以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。

驱动器电源作为驱动系统的关键部分，必须时刻为驱动器提供正常的供电电源。因为一旦驱动器电源出现异常，就会影响驱动器正常运行，造成传动系统运行故障，当严重事故时，会造成驱动器设备损毁，甚至威胁设备使用者人生安全。因此，为了保证驱动器电源安全可靠工作，对驱动器电源进行监控和有效管理是极其必要的，因此设计了电源监控电路来监控驱动器电源，并在驱动器电源出现故障、异常等情况及时报警，或者掉电存储关键参数，提醒用户驱动器运行异常。

传统的电源监控电路，一般采用分立元件搭建或者直接选用电源监控芯片两种方式。采用分立元件比较器搭建电源监控电路，当监控电源电压偏高或者偏低时，比较器输出有效信号给驱动器控制芯片，从而使驱动器报警，甚至关闭驱动器电源。但由于驱动器控制芯片也是由驱动器电源供电，这种传统电源监控电路，从现实应用角度来看是模糊粗糙的：(1)当监控电源为驱动器电源，监控电源电压高于或者低于比较阈值，电源监控电路的比较器或者后级的驱动器控制芯片供电电源可能已经工作异常；(2)当监控电源电压在比较阈值电压上下波动或者驱动器处于强电磁恶劣工况中，比较器输出波动，导致驱动器控制芯片会接收到干扰信号，导致驱动器误报警，甚至关闭驱动器电源，抗干扰能力弱，从而给现实应用造成困难。另外，直接选用电源监控芯片的方式，驱动器控制芯片也是由驱动器电源供电，因此从现实应用角度来看也同样存在问题：(1)当监控电源为驱动器电源，监控电源电压高于或者低于比较阈值，电源监控芯片或者后级驱动器控制芯片供电电源可能已经工作异常；(2)固定阈值电源监控芯片应用范围窄，而可调阈值电源监控芯片成本又较高；(3)电源监控芯片滞后电压较小，在某些应用条件，如电源异常反弹，会造成电源监控芯片误输出有效信号，导致驱动器误报警，甚至关闭驱动器电源。近年来，随着电路保护技术的发展，也出现了一些电源监控电路可靠性设计的新方法：

《一种电源监控装置》(CN207817176U)提供了一种电源监控装置，通过该装置检测电源的电压的状态，解决了由于过压或者欠压对用电设备造成损坏的问题。此实用新型采用分立元件比较器搭建电源监控装置，仅仅强调了可以检测电源过压或者欠压的情况，电路设计原理和传统电源监控电路相比并未有实质改变，从现实应用角度来看仍然是模糊粗糙的。

《一种电源监控电路》(CN105720965A)提供了一种电源监控电路，该电源监控电路要对嵌入式驱动器电源输出的二次电源进行监控，在电压比较器后端加一个RC电路，当电源失效时，失效时间超过某一特定值时才认为电源真正失效。当电源从失效恢复到有效时，有效保持的时间超过某一特定值时才认为电源恢复有效。此实用新型采用分立元件比较器搭建电源监控电路，从本质上看采用了滞回比较器的设计思想，但是仅仅强调了对嵌入式驱动器电源输出的二次电源进行监控，监控对象的范围有限制，同时此电路设计过于复杂，不利于电路精简和驱动器小型化设计。

发明内容

本实用新型要解决的问题是：现有电源监控电路对驱动器电源的监控不够精确，抗干扰性差，只关注了驱动器电源状态而没有考虑到驱动器控制芯片，监控存在滞后，另外一些改进的方案设计复杂，也不能满足现实应用的需求。

本实用新型的技术方案为：一种驱动器电源监控电路，包括第一监控电路、第二监控电路和电源转换电路，驱动器电源的电压信号分别输入第一监控电路和第二监控电路，第一监控电路的输出连接驱动器控制芯片，第二监控电路输出使能信号至电源转换电路，电源转换电路用于将驱动器电源转换为二次电源，二次电源为驱动器控制芯片供电，

第一监控电路为比较器电路，比较器阈值根据驱动器电源电压的正常波动值设置，用于监控驱动器电源的波动，

作为优选方案，第一监控电路为单限比较器电路，单限比较器阈值Vth1_h基于驱动器电源的供电器件推荐工作电压以及电压监控的精度范围进行取值，比较器参考基准Vref1小于比较器最小工作电压Vmin1，Vmin1小于电源转换电路的欠压保护点Uuvlo。

进一步的，所述驱动器控制芯片为具有存储功能的芯片，第一监控电路输出使能信号POWER_MON至驱动器控制芯片，所述使能信号POWER_MON用于控制驱动器控制芯片存储当前信息。

本实用新型的具体优点如下：

(1)本实用新型监控电路的各比较器阈值灵活可调，可根据现实应用灵活设置，对驱动器电源实行分段监控，在驱动器电源波动产生时，第一监控电路可以保证第二监控电路的比较器和驱动器控制芯片供电电源正常工作；

(2)本实用新型两个监控电路的单限比较器和滞回比较器组合能够避免驱动器电源电压在比较阈值电压上下波动和EMC环境下产生误报警，抗干扰能力强，设计上较传统电源监控电路更加稳定可靠，同时特别为了控制二次电源下电瞬间驱动器电源会产生的较大反弹，本实用新型滞回比较器创新性的在滞回反馈回路上增加二极管，可有效地调整回差电压幅值，能够避免驱动器在电源异常反弹条件时产生误报警，稳定可靠；

(3)本实用新型单限比较器和滞回比较器的组合，既能够实时监控驱动器电源工作电平稳定度，又能够控制驱动器电源转换的二次电源的上下电时序，保证满足控制器控制芯片上下电时序要求，监控不产生滞后；

(4)本实用新型的电源监控电路属于分立元器件硬件电路的范畴，相比于现有的可调阈值的电源监控芯片，电路物料成本更低，同时本实用新型电源监控电路具有通用性，电路也较为精简，适合驱动器小型化设计。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意图。

图2为本实用新型第二监控电路在控制芯片上下电中的时序图，(a)表示上电时序波形图，(b)表示下电时序波形图。

图3为本实用新型监控电路的电路图，(a)为第一监控电路的电路图，(b)为第二监控电路的电路图。

图4为本实用新型上电过程中，第二监控电路的等效电路图。

图5为本实用新型下电过程中，第二监控电路的等效电路图。

具体实施方式

本实用新型提出了一种驱动器电源监控电路。采用分立元件比较器搭建电源监控电路，由单限比较器和滞回比较器组合而成，单限比较器提供足够的灵敏度，实时监控驱动器电源工作电平稳定度，滞回比较器提供足够的抗干扰能力，实时监控驱动器电源工作电平下降幅度，电源监控电路比较器阈值可调，实现对驱动器电源的分段监控，进而达到保护驱动器的目的。

其具体工作流程如下：

如图1所示，本实用新型包括第一监控电路、第二监控电路和电源转换电路，驱动器电源的电压信号分别输入第一监控电路和第二监控电路，第一监控电路的输出连接驱动器控制芯片，第二监控电路输出使能信号至电源转换电路，同时驱动器电源给第一第二监控电路以及电源转换电路供电，电源转换电路用于将驱动器电源转换为二次电源，二次电源为驱动器控制芯片供电。

第一监控电路由单限比较器组成，单限比较器提供足够的灵敏度，后级驱动器控制芯片软件可以配合进行适当滤波，主要用于实时监控驱动器电源工作电平稳定度。第一监控电路比较器阈值Vth1_h灵活可调，当驱动器电源大于比较器阈值Vth1_h，表明驱动器电源供电稳定，第一监控电路输出高阻，同时第二监控电路正常使能电源转换正常供电；当驱动器电源小于比较器阈值Vth1_h，表明驱动器电源供电不稳定，第一监控电路输出有效低电平给控制芯片，通知控制芯片做相关的逻辑处理，如存储关键参数等，此时，第二监控电路不会受到影响仍然正常输出高电平使能信号，使电源转换输出二次电源。第一监控电路设计约束如下：(1)第一监控电路比较器阈值Vth1_h基于驱动器电源供电器件推荐工作电压以及监控电路精度范围进行具体取值；(2)比较器参考基准Vref小于比较器最小工作电压Vmin，比较器最小工作电压Vmin小于电源转换欠压保护点Uuvlo。

第二监控电路由滞回比较器和反馈回路二极管组成，用于控制电源转换的二次电源上下电时序，保证满足控制芯片上下电时序要求。本实用新型第二监控电路创新性在滞回比较器反馈回路增加二极管，由于二次电源下电瞬间驱动器电源会有较大反弹，相比于普通滞回电路，滞回比较器反馈回路二极管可有效地调整回差电压幅值，能够避免驱动器在电源异常反弹条件时产生错误使能信号，稳定可靠。如图2所示，第二监控电路比较器阈值Vth2_h和Vth2_l灵活可调，上电过程中，当驱动器电源小于比较器阈值Vth2_h，第二监控电路输出低电平POWER_EN，电源转换不供电；当驱动器电源大于比较器阈值Vth2_h，第二监控电路输出高阻，在外部上拉电平作用下输出高电平POWER_EN使能电源转换供电，控制芯片统一上电。下电过程中，当驱动器电源大于比较器阈值Vth2_l，第二监控电路输出高阻，在外部上拉电平作用下输出高电平POWER_EN使能电源转换供电；当驱动器电源小于比较器阈值Vth2_l，表明驱动器电源工作电平下降幅度过大，第二监控电路输出低电平POWER_EN，电源转换立即关断二次电源供电，控制芯片统一下电。第二监控电路设计约束如下：(1)第二监控电路比较器阈值Vth2_h基于二次电源下电瞬间驱动器电源反弹值进行具体取值，比较器阈值Vth2_l基于保证二次电源正常输出的最小驱动器电源电压进行具体取值；(2)比较器参考基准Vref小于比较器最小工作电压Vmin，比较器最小工作电压Vmin小于电源转换欠压保护点Uuvlo。

电源转换电路作为产生二次电源的中间转换电路，用于给驱动器控制芯片提供电源。电源转换电路具有使能控制功能，可以控制驱动器控制芯片上下电时序。

驱动器控制芯片作为驱动器核心部件，在电源监控电路中主要用于接收第一监控电路输出的有效电平做相关的逻辑处理，提前做好关键信息存储备份。这类芯片为现有产品，不再详述。

下面具体介绍本实用新型的监控电路工作的原理，如图3所示，以对驱动器电源VCC监控为例，具体电路工作过程如下：

(a)、第一监控电路

1)根据电路电阻分压原理：

设计图

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