概述
變速驅(qū)動(dòng)器廣泛用于各種應(yīng)用中，包括機(jī)器人和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)機(jī)器。安全一直是大家非常關(guān)心的問題，因?yàn)檫@些與人類息息相關(guān)的系統(tǒng)，總會(huì)涉及到維護(hù)和運(yùn)動(dòng)控制。
特性
實(shí)施符合EN 61800-5-2規(guī)定要求的安全制動(dòng)控制。
保持制動(dòng)器的額定電壓為24V，電流高達(dá)2A，可由獨(dú)立的控制信號(hào)控制。
雙向開關(guān)控制提高了操作安全性。
自診斷包括開路檢測(cè)和過流保護(hù)。
高端開關(guān)故障檢測(cè)
通過快速降低止動(dòng)制動(dòng)器的電流，止動(dòng)制動(dòng)器可以快速應(yīng)用。
可以選擇降低抱閘的輸出電壓，從而降低功耗。
應(yīng)用
伺服驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人和CNC
閘控制器
1.系統(tǒng)概述
在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中有許多危險(xiǎn)因素，尤其是垂直移動(dòng)情況下的重力。如果供電故障或者剎車裝置失靈，后果不堪設(shè)想。
方框圖
系統(tǒng)規(guī)范
2.系統(tǒng)方框圖
下面是系統(tǒng)框圖：
該電路板由兩個(gè)外部24V電源供電。MCU和數(shù)字隔離器的VCC1由LMZ14201簡(jiǎn)易開關(guān)通過24V電源提供的3.3V輸出供電。高端開關(guān)和數(shù)字隔離器的VCC2由TPS7B6933 LDO通過24V電源提供的3.3V輸出供電。
系統(tǒng)具有過載、短路和過熱保護(hù)，并能檢測(cè)開路負(fù)載。TPS27S100的狀態(tài)輸出引腳將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于開路負(fù)載檢測(cè)、短路和過熱保護(hù)的故障信號(hào)。系統(tǒng)將通過隔離器將故障信號(hào)反饋給MCU。
來自制動(dòng)線圈的電壓反饋可用于監(jiān)控意外接通，也可用于調(diào)節(jié)來自制動(dòng)線圈的電壓。您可以選擇ULN2003A低端開關(guān)上的PWM功能來控制制動(dòng)線圈的峰值和保持電流。
3.系統(tǒng)原理
（1）直流電壓輸入
這種設(shè)計(jì)適合在24V (15) DC電壓下運(yùn)行。電路板上有兩個(gè)獨(dú)立的連接器，用于向初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)提供24V電源。J1是向初級(jí)側(cè)提供24V DC電壓的輸入連接器。
DC電壓可在連接器J2應(yīng)用于該參考設(shè)計(jì)。TVS3300是一款33V精密箝位電路，采用雙向配置連接，在高壓瞬變期間提供保護(hù)。電感器L1和電容器C8構(gòu)成電力濾波器。
（2）低功耗四通道數(shù)字隔離器
MCU IS07142數(shù)字隔離器發(fā)送控制信號(hào)，以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)高端和低端開關(guān)。此外，高端開關(guān)status引腳的輸出(可以提供故障條件的診斷范圍)和制動(dòng)線圈的電壓反饋將通過數(shù)字隔離器反饋給MCU。下圖顯示了IS07142的電路。
數(shù)字隔離器IS07142原理圖和電路
LMZ14201簡(jiǎn)單開關(guān)產(chǎn)生的3.3V電壓施加于VC的入口。C12(0.1)F用作VCCI引腳的本地消災(zāi)電容。隔離器的EN1引腳連接到高電平，以使能原邊的輸出通道。
TPS7B6933 LDO產(chǎn)生的3.3V電壓施加于VCC2引腳。C13(0.1 F)用作VCC2引腳的本地去耦電容。隔離器的EN2引腳連接到高電平，以使能副邊的輸出通道。
（3）高側(cè)開關(guān)
使用TPS27S100作為高端開關(guān)。下圖顯示了高端開關(guān)的電路。
高端開關(guān)TPS27S100電路原理圖
該開關(guān)由24V外部電源供電。IN引腳是用來激活開關(guān)的控件。輸入信號(hào)由單片機(jī)提供。連接到CL引腳的電阻設(shè)置電流限值。
該設(shè)計(jì)旨在獲得2A的電流極限。用于設(shè)置該限值的電阻值可通過以下公式計(jì)算：
使能引腳(DIAG_EN)永久連接到3.3V供電軌，用于連續(xù)診斷監(jiān)控。FLT引腳是開漏診斷狀態(tài)輸出。電阻器R14是連接的上拉電阻器，用于獲得數(shù)字信號(hào)輸出。
當(dāng)檢測(cè)到過流、短路、熱關(guān)斷或開路條件時(shí)，F(xiàn)LT引腳將變?yōu)榈碗娖健］敵鲆_通過連接器J5連接到制動(dòng)線圈的一端。R19和D4形成一個(gè)GND網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)器件免受反向電流的影響。電阻器R15、R16和R17被連接以在過流的情況下為MCU提供保護(hù)。
（4）低側(cè)開關(guān)
該參考設(shè)計(jì)使用ULN2003A作為低端開關(guān)，它是一個(gè)大電流達(dá)林頓晶體管陣列。下圖顯示了低端開關(guān)的電路。
低端開關(guān)U L N2003A電路原理圖
ULN2003A由七個(gè)達(dá)林頓晶體管對(duì)組成，每個(gè)晶體管對(duì)的額定電流為500mA。所有晶體管對(duì)并聯(lián)連接，因此可以提供更高的電流。用于激活開關(guān)的輸入信號(hào)由MCU提供。開關(guān)的輸出通過系統(tǒng)連接器J5提供給制動(dòng)線圈的另一端。
（5）緩沖器電路
下圖顯示了連接在制動(dòng)線圈兩端的緩沖電路。開關(guān)接通時(shí)，如果電流減小，線圈的電感會(huì)產(chǎn)生極性相反的電壓，損壞開關(guān)。
電阻器R20和R25與通信二極管D3串聯(lián)連接，并且它們與制動(dòng)線圈作為一個(gè)整體并聯(lián)連接，以提高制動(dòng)線圈的去磁速度，從而保護(hù)開關(guān)免受高反向電壓瞬變的影響。
（6）來自制動(dòng)線圈的電壓反饋
制動(dòng)線圈的電壓反饋取自低端開關(guān)，然后通過數(shù)字隔離器饋入MCU。反饋過程是監(jiān)控輸出電壓，并相應(yīng)調(diào)整低端開關(guān)的輸入PWM信號(hào)。
電阻分壓器用于將電壓從24V降低到3.3V，以將其提供給MCU。下圖顯示了制動(dòng)電壓反饋電路。
制動(dòng)電壓反饋電路示意圖
（7）電源
1）使用LMZ14201生成3.3V電壓
LMZ14201是一個(gè)降壓DC/DC電源模塊，用于向原邊供電。這種器件通常用于將較高的DC電壓轉(zhuǎn)換成較低的DC電壓，最大輸出電流為1A。在本設(shè)計(jì)中，LMZ14201用于將24V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，從而為隔離器的原邊和MCU供電。下圖顯示了LMZ14201的電路。
使用LMZ14201產(chǎn)生3.3V電壓的原理圖
輸出電壓由連接在VO和地之間的兩個(gè)電阻組成的分壓器決定。分壓器的中點(diǎn)連接到FB輸入。FB電壓與0.8V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。正常工作下，當(dāng)FB引腳上的電壓降至0.8V以下時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間周期將開始。
的主MOSFET導(dǎo)通時(shí)間段會(huì)導(dǎo)致輸出電壓上升，F(xiàn)B上的電壓超過0.8V只要FB上的電壓高于0.8V，導(dǎo)通時(shí)間段就不會(huì)出現(xiàn)。
調(diào)節(jié)后的輸出電壓由外部分壓電阻R5和R4決定：
整理一下條目，能達(dá)到所需輸出電壓的兩個(gè)反饋電阻的比值如下：
所選電阻器的電阻值必須在1。參考設(shè)計(jì)使用3.32k的R5和1.07k的R4來產(chǎn)生3.3V的輸出電壓
2）使用TPS7B6933生成3.3V電壓
副邊的數(shù)字隔離器需要一個(gè)3.3V電源供電。因此，在本設(shè)計(jì)中，使用TPS7B6933將24V轉(zhuǎn)換為3.3V，以應(yīng)用于隔離器的副邊和高端開關(guān)。展示了TPS7B6933的應(yīng)用路線。
使用TPS7B6933產(chǎn)生3.3V電壓的原理圖
4. PCB概述
下圖是PCB的俯視圖。圖中突出顯示了高端和低端開關(guān)。
PCB俯視圖
PCB布局建議：
下圖分別顯示了隔離層和接地分區(qū)。初級(jí)和次級(jí)銅軌通過隔離層彼此隔離。原邊和副邊之間的銅軌爬電距離保持在4mm。兩個(gè)20針連接器JBOY3樂隊(duì)和J4相距20毫米，可以連接到C2000LaunchPad。電源分為3.3V和24V兩個(gè)平面。
接地層分為兩層：GND1和GND2o GND1用作IS07142的原邊和LM 14201器件的地。GND2用作IS07142、TPS27S100、ULN2003A和TPS7B6933器件副邊的地。
