安全转矩关断电路、安全转矩关断电路的控制方法及装置与流程

本发明涉及工业安全控制，具体而言，涉及一种安全转矩关断电路、安全转矩关断电路的控制方法及装置。

背景技术：

1、在多轴伺服驱动器中，安全转矩关断（sto）是保障设备与人身安全的核心功能，要求系统在接收到安全请求后能可靠切断电机转矩，且该过程需满足高安全完整性等级对纯硬件关断的要求。然而，现有的st实现方案主要存在两类缺陷：一是采用安全继电器或独立隔离电源直接切断pwm信号或栅极电源，导致多轴系统中每轴均需配置独立的安全组件，造成体积庞大、成本高昂且难以实现精细的轴间故障隔离；二是依赖微控制器（mcu）软件响应驱动光耦故障信号来停止pwm输出，这种方案因涉及软件执行存在中断延迟或程序跑飞风险，无法满足功能安全标准对于硬件级可靠关断的严苛要求。

2、此外，现有方案往往未能充分利用驱动光耦内部固有的欠压锁定（uvlo）机制，仅将其作为被动的电源异常保护，而未将其主动纳入sto的执行与闭环诊断路径中。

3、针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种安全转矩关断电路、安全转矩关断电路的控制方法及装置，以至少解决相关技术中安全转矩关断电路因依赖软件响应而实时性差，且继电器方案存在成本高、体积大的技术问题。

2、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种安全转矩关断电路，包括：所述驱动单元，包括驱动光耦和功率开关器件，所述功率开关器件的栅极与所述驱动光耦的输出引脚连接，用于所述驱动光耦将来自微控制器的输入信号转换为驱动信号，以驱动所述功率开关器件导通或关断；所述开关单元，包括电子开关器件和第一隔离光耦，所述电子开关器件的栅极与所述第一隔离光耦的集电极连接，所述电子开关器件的漏极与所述驱动光耦的正电源引脚连接，所述电子开关器件的源极与副边电源连接，用于所述第一隔离光耦在接收到安全关断信号时，控制所述电子开关器件截止以切断所述副边电源供电；所述反馈单元，包括比较器和第二隔离光耦，所述比较器的输出端与所述第二隔离光耦的发光二极管的阴极连接，用于在所述驱动光耦的副边电压小于欠压阈值电压时，通过所述第二隔离光耦向所述微控制器发送故障信号。

3、可选地，所述驱动光耦包括原边引脚，所述原边引脚包括供电引脚、接地引脚、故障输出引脚、正向输入引脚和反向输入引脚，所述驱动单元包括：驱动及故障检测模块，包括第一电阻、第一电容和原边电源，所述供电引脚与所述原边电源连接，所述第一电阻的一端连接至所述原边电源，所述第一电阻的另一端连接至所述故障输出引脚，所述第一电容的一端连接至所述原边电源，所述第一电容的另一端接地并以所述接地引脚连接，所述故障输出引脚外接所述微控制器以用于向所述微控制器发送故障报警信号；驱动信号输入模块，所述正向输入引脚接收所述微控制器输出的正相输入信号，所述反向输入引脚接收所述微控制器输出的反相输入信号。

4、可选地，所述驱动光耦包括副边引脚，所述副边引脚包括所述输出引脚、辅助输出引脚、过压保护引脚、负电源引脚和所述正电源引脚，所述驱动单元包括：过压保护模块，包括第二电阻和第一二极管，所述第二电阻的一端连接至所述过压保护引脚，所述第二电阻的另一端连接至所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接至母线电压；驱动及保护模块，包括第三电阻、第四电阻、第三电容和所述功率开关器件，所述第三电阻的一端连接至所述输出引脚，所述第三电阻的另一端连接至所述功率开关器件的栅极，所述第四电阻和所述第三电容并联连接在所述功率开关器件的栅极与发射极之间，所述辅助输出引脚与所述功率开关器件的栅极连接；接地参考模块，包括第二电容，所述负电源引脚接地，所述第二电容的一端接地，所述第二电容的另一端连接至所述正电源引脚。

5、可选地，所述开关单元包括：初级侧控制模块，包括所述第一隔离光耦的第二二极管、第六电阻和控制电源，所述第二二极管的阳极连接至所述安全关断信号的输入端，并通过所述第六电阻连接至所述控制电源，所述第二二极管的阴极接地；次级侧驱动模块，包括所述第一隔离光耦的第一晶体管、第五电阻、所述电子开关器件和所述副边电源，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的集电极连接至所述电子开关器件的栅极，并通过所述第五电阻连接至所述副边电源。

6、可选地，所述反馈单元包括：电压比较模块，包括所述比较器和分压子模块，所述比较器的同相端与所述电子开关器件的漏极连接，所述比较器的反相端连接至所述分压子电路，所述分压子电路用于将所述副边电源的电压分压至所述欠压阈值电压；信号隔离模块，包括所述第二隔离光耦的所述发光二极管、所述第二隔离光耦的第二晶体管、第九电阻、第十电阻、所述原边电源和所述副边电源，所述发光二极管的阳极通过所述第九电阻连接至所述副边电源，所述第二晶体管的发射极接地，所述第二晶体管的集电极连接至所述微控制器的故障检测引脚并与所述第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端连接至所述原边电源。

7、可选地，所述分压子模块包括：串联连接的第七电阻和第八电阻，所述比较器的反相端连接至所述第七电阻和所述第八电阻的连接节点，所述第八电阻的另一端接地；所述副边电源，所述第七电阻的另一端连接至所述副边电源。

8、根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种安全转矩关断电路的控制方法，应用于上述中任一项所述的安全转矩关断电路，包括：在确定所述第一隔离光耦接收到所述安全关断信号后，控制所述第二二极管截止；通过所述第五电阻将所述电子开关器件的栅极的电位上拉至所述副边电源的电压，以控制所述电子开关器件截止，从而切断所述副边电源向所述驱动光耦的副边供电；通过所述驱动光耦将所述输出引脚的电压拉低至所述驱动光耦的副边地电位；当检测到所述功率开关器件的栅极与源极之间的电压低于导通阈值时，控制所述功率开关器件关断。

9、可选地，所述方法还包括：当所述比较器检测到所述驱动光耦的副边电压小于或等于所述欠压阈值电压时，控制所述第二隔离光耦导通；通过所述第二隔离光耦向所述微控制器发送所述故障信号，以停止所述微控制器向所述驱动光耦的原边输入引脚发送输入信号。

10、根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种安全转矩关断电路的控制装置，应用于上述中的安全转矩关断电路的控制方法，包括：第一控制单元，用于在确定所述第一隔离光耦接收到所述安全关断信号后，控制所述第二二极管截止；第二控制单元，用于通过所述第五电阻将所述电子开关器件的栅极的电位上拉至所述副边电源的电压，以控制所述电子开关器件截止，从而切断所述副边电源向所述驱动光耦的副边供电；拉低单元，用于通过所述驱动光耦将所述输出引脚的电压拉低至所述驱动光耦的副边地电位；第三控制单元，用于当检测到所述功率开关器件的栅极与源极之间的电压低于导通阈值时，控制所述功率开关器件关断。

11、可选地，该安全转矩关断电路的控制装置还包括：第四控制单元，用于当所述比较器检测到所述驱动光耦的副边电压小于或等于所述欠压阈值电压时，控制所述第二隔离光耦导通；停止单元，用于通过所述第二隔离光耦向所述微控制器发送所述故障信号，以停止所述微控制器向所述驱动光耦的原边输入引脚发送输入信号。

12、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种多轴伺服驱动器，所述多轴伺服驱动器使用上述中任一项所述的安全转矩关断电路的控制方法。

13、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行上述中任意一项所述的安全转矩关断电路的控制方法。

14、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述中任意一项所述的安全转矩关断电路的控制方法。

15、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时执行上述中任意一项所述的安全转矩关断电路的控制方法。

16、应用本技术的技术方案，上述安全转矩关断电路的控制方法中，在确定第一隔离光耦接收到安全关断信号（sto信号）后，控制第二二极管截止；通过第五电阻将电子开关器件的栅极的电位上拉至副边电源的电压，以控制电子开关器件截止，从而切断副边电源向驱动光耦的副边供电；通过驱动光耦将输出引脚的电压拉低至驱动光耦的副边地电位；当检测到功率开关器件的栅极与源极之间的电压低于导通阈值时，控制功率开关器件关断，实现了通过隔离光耦控制p沟道mosfet切断驱动光耦的副边供电，利用驱动光耦内部的欠压锁定（uvlo）硬件机制强制拉低栅极驱动电压以实现igbt的安全关断，并通过独立的诊断反馈电路向mcu实时上报故障状态，解决了相关技术中安全转矩关断电路因依赖软件响应而实时性差，且继电器方案存在成本高、体积大的技术问题。