制动电路、制动控制方法、装置及伺服系统与流程

本发明实施例涉及电力电子，尤其涉及一种制动电路、制动控制方法、装置及伺服系统。

背景技术：

1、永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，pmsm）因其高功率密度、高效率和优异的控制性能，在工业自动化、数控机床、机器人等领域得到广泛应用。在伺服系统中，当电机遭遇负载突变、执行刹车或减速操作时，电机会进入发电状态，将机械能转化为电能并向伺服驱动器回馈。回馈能量会向伺服驱动器的直流母线电容充电，导致直流母线电压迅速上升。若母线电压过高，可能会导致伺服驱动器内部元器件的损坏，严重影响伺服系统的安全性和可靠性。

2、目前，现有技术多采用功率器件与外接制动电阻相结合的方式处理回馈能量。具体而言，传统伺服驱动器的制动电路通常包括电压检测电路、igbt、控制器以及外接制动电阻。当母线电压上升到预设电压阈值时，控制器发出信号导通igbt，使制动回路形成通路，通过外接制动电阻将电能转化为热能耗散，从而使直流母线电压下降。然而，现有技术方案存在以下问题：

3、首先，外接制动电阻多采用引线式铝壳电阻，这种电阻通常体积较大，发热量高，需要设置独立的安装位置及散热风道，使得控制柜结构复杂，增加了系统体积，不利于伺服驱动器及其控制柜的小型化和紧凑化设计，且可能因散热不良导致制动电阻过热损坏，影响系统可靠性。随着小功率伺服驱动器及其控制柜日趋小型化，功率密度不断提高，外接制动电阻的体积问题日益突出。其次，外接制动电阻及其配套的散热系统增加了系统的物料成本和组装成本，由于制动电阻需要独立安装，还增加了布线成本和安装工时。再者，引线式铝壳电阻的连接导线通常较长，会在开关节点处形成一个大面积的电流回路，当igbt高速开关时，该回路会产生较强的电磁干扰，影响系统的电磁兼容性能，可能对周围电子设备造成干扰。

4、由此可知，现有技术中采用外接制动电阻的制动方案存在体积大、成本高、电磁干扰严重等问题，难以满足小功率伺服驱动器紧凑化设计的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种制动电路、制动控制方法、装置及伺服系统，旨在解决现有制动电路因需外接制动电阻而难以满足小功率伺服驱动器紧凑化设计的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种制动电路，包括：

3、储能器件及功率器件，均连接于直流母线正端与直流母线负端之间；电压检测模块，其第一端连接于所述直流母线正端，第二端连接于所述直流母线负端；

4、控制模块，其一端与所述电压检测模块的第三端连接，另一端与所述功率器件连接；

5、其中，所述控制模块输出电压可调的驱动信号至所述功率器件，以使所述功率器件工作在有源区。

6、第二方面，本发明实施例还提供了一种制动控制方法，包括：

7、根据获取的直流母线电压和绝缘栅双极型晶体管的壳温计算所述绝缘栅双极型晶体管的结温估计值；

8、根据所述结温估计值及所述绝缘栅双极型晶体管的安全工作区曲线确定制动电流阈值；

9、获取目标制动电流，根据所述目标制动电流和所述制动电流阈值确定控制电流值；

10、根据所述控制电流值、所述直流母线电压以及所述结温估计值，计算驱动电压；

11、将所述驱动电压输出至所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，以使所述绝缘栅双极型晶体管工作在有源区，并维持所述绝缘栅双极型晶体管的集电极电流等于所述控制电流值。

12、第三方面，本发明实施例还提供了一种制动控制装置，包括：

13、第一计算单元，用于根据获取的直流母线电压和绝缘栅双极型晶体管的壳温计算所述绝缘栅双极型晶体管的结温估计值；

14、第一确定单元，用于根据所述结温估计值及所述绝缘栅双极型晶体管的安全工作区曲线确定制动电流阈值；

15、第二确定单元，获取目标制动电流，根据所述目标制动电流和所述制动电流阈值确定控制电流值；

16、第二计算单元，用于根据所述控制电流值、所述直流母线电压以及所述结温估计值，计算驱动电压；

17、输出维持单元，用于将所述驱动电压输出至所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，以使所述绝缘栅双极型晶体管工作在有源区，并维持所述绝缘栅双极型晶体管的集电极电流等于所述控制电流值。

18、第四方面，本发明实施例还提供了一种伺服系统，包括：

19、伺服驱动器，其包括三相逆变电路及上述第一方面所述的制动电路；

20、电机，与所述三相逆变电路连接，用于接收所述三相逆变电路输出的三相交流电以实现转动。

21、本发明实施例提供了一种制动电路、制动控制方法、装置及伺服系统。其中，制动电路包括：储能器件及功率器件，均连接于直流母线正端与直流母线负端之间；电压检测模块，其第一端连接于所述直流母线正端，第二端连接于所述直流母线负端；控制模块，其一端与所述电压检测模块的第三端连接，另一端与所述功率器件连接；其中，所述控制模块输出电压可调的驱动信号至所述功率器件，以使所述功率器件工作在有源区。本发明实施例的技术方案，通过功率器件与储能器件均连接于直流母线两端，电压检测模块检测母线电压，控制模块输出电压可调的驱动信号使功率器件工作在有源区，充当可调电阻，无需外接制动电阻，消除了外接电阻及散热系统的安装空间，减小了伺服驱动器的体积，降低了成本，同时避免了长引线形成的大面积回路，减少电磁干扰，使小功率伺服驱动器便于紧凑化设计。

1.一种制动电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制动电路，其特征在于，所述功率器件为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述控制模块连接，发射极连接于所述直流母线负端，集电极连接于所述直流母线正端。

3.根据权利要求1所述的制动电路，其特征在于，所述电压检测模块包括第一分压电阻、第二分压电阻以及线性光耦，其中，所述第一分压电阻的一端与所述直流母线正端连接，另一端与所述第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端与所述直流母线负端连接，所述线性光耦的一端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，另一端与所述控制模块连接。

4.一种制动控制方法，应用于如权利要求1-3任一项所述的制动电路中的控制模块，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据获取的直流母线电压和绝缘栅双极型晶体管的壳温计算所述绝缘栅双极型晶体管的结温估计值的步骤，包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述结温估计值及所述绝缘栅双极型晶体管的安全工作区曲线确定制动电流阈值的步骤，包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取目标制动电流，根据所述目标制动电流和所述制动电流阈值确定控制电流值的步骤，包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制电流值、所述直流母线电压以及所述结温估计值，计算驱动电压的步骤，包括：

9.一种制动控制装置，其特征在于，包括：

10.一种伺服系统，其特征在于，包括：