[發(fā)明專利]防止輸入信號輸出的裝置、為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供輸出電壓的裝置以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410085609.3
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN104038188B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德魯·杰里米·賽克斯;理查德·馬克·韋恩;科林·哈吉斯
• 申請（專利權(quán)）人: 尼得科控制技術(shù)有限公司
• 主分類號: H03K17/08
• 分類號: H03K17/08;H03K17/082;H02H7/122
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 康建峰,李春暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種防止輸入信號輸出的裝置，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供輸出電壓的裝置以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)不同應(yīng)用中的電機(jī)。這些應(yīng)用需要提供一種在緊急情況下可以停止電機(jī)運(yùn)行的方法。例如，若連接到機(jī)械設(shè)備的電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行會(huì)傷害操作者，則需要通過指令停止電機(jī)運(yùn)行。特別地，確保控制系統(tǒng)具有失效保護(hù)功能以確保機(jī)器在響應(yīng)初始停機(jī)指令時(shí)停止運(yùn)行是很重要的。

需要滿足兩個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)：

BS EN 61800-5-2：2007可調(diào)速電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)–安全要求；以及

BS EN ISO 13849-1：2008機(jī)械的安全–控制系統(tǒng)中與安全有關(guān)的部件

BS EN 61800-5-2定義了停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的方法為“安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷”。這在標(biāo)準(zhǔn)BS EN 61800-5-2中定義為：

能夠引起電機(jī)旋轉(zhuǎn)(或者對于線性電機(jī)的移動(dòng))的電能沒有施加在電機(jī)上。PDS(SR)不會(huì)提供能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(或者對于線性電機(jī)的力)的電能給電機(jī)。其中PDS(SR)為適用于和安全有關(guān)的應(yīng)用中的可調(diào)速電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)常用方法是提供安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷(STO)功能，該功能可以阻止控制信號被傳輸至開關(guān)器件，從而阻止能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流的產(chǎn)生。為了滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，STO需要具有高度的安全性。因此，STO功能必須具有內(nèi)置的失效保護(hù)機(jī)制。

所有現(xiàn)代交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用逆變器產(chǎn)生施加在電機(jī)上的可控交流電壓。

為了保持電機(jī)轉(zhuǎn)矩，需要對相應(yīng)的功率半導(dǎo)體器件以一定順序進(jìn)行持續(xù)協(xié)調(diào)的開關(guān)控制。若逆變器中的一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體器件發(fā)生錯(cuò)誤導(dǎo)通，這不會(huì)在電機(jī)中產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)矩。對于具有平(非突出)轉(zhuǎn)子的電機(jī)，逆變器中的一個(gè)功率半導(dǎo)體器件的任何故障均不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。對于具有永磁鐵和/或凸極轉(zhuǎn)子的電機(jī)，逆變器中一對功率半導(dǎo)體器件短路會(huì)引起短暫的調(diào)整轉(zhuǎn)矩，從而造成電機(jī)部分旋轉(zhuǎn)，然而該電流會(huì)迅速上升直到被保護(hù)裝置(例如熔斷器)或至少其中一個(gè)功率半導(dǎo)體器件破壞性失效所中斷。

進(jìn)一步，在連接到電網(wǎng)的發(fā)電逆變器應(yīng)用中，當(dāng)逆變器驅(qū)動(dòng)變壓器而非電機(jī)時(shí)，該同樣的原理也適用。逆變器的功率半導(dǎo)體器件的錯(cuò)誤導(dǎo)通不能夠在變壓器中產(chǎn)生交流磁通，因而不會(huì)在變壓器副邊產(chǎn)生持續(xù)輸出。換句話說，逆變器功率器件故障產(chǎn)生直流電流，該直流電不能通過變壓器傳輸因?yàn)樽儔浩饕蕾囉诮涣麟娺\(yùn)行。

為了安全和可靠地控制這種逆變器，在逆變器的控制輸入端子間需要一個(gè)接口，該接口通常使用例如24V d.c.的邏輯信號，并且逆變器的功率半導(dǎo)體器件使逆變器具有較低的故障概率。

電磁繼電器被采用以為該接口提供必要的電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換。然而，繼電器相對具有相對較高的危險(xiǎn)性失效概率，并且由于機(jī)械磨損，壽命相對短。這導(dǎo)致監(jiān)控電路在檢測故障條件時(shí)需要使用成對的繼電器。

最近，通過復(fù)雜的數(shù)字電子電路和可編程數(shù)字處理器來產(chǎn)生功率半導(dǎo)體控制信號以運(yùn)行逆變器。這種方法不能提供所要求的危險(xiǎn)性失效的低概率，因?yàn)榇蠖鄶?shù)數(shù)字電路在任何邏輯狀態(tài)下具有同樣的失效概率。更進(jìn)一步，數(shù)字電路和其功能的復(fù)雜性使其在運(yùn)行時(shí)面臨各種不同的組合條件和各種不同的順序條件，因此該數(shù)字電路很難去可靠自信地展示其具有足夠低的危險(xiǎn)性失效概率。例如，預(yù)測電路在變化的溫度條件下以及電路中不同器件的每個(gè)針腳的邏輯電平在各種可能的組合順序下如何反應(yīng)是很困難的。

若復(fù)雜數(shù)字電子電路和可編程電路用于安全功能中，一般要至少使用2個(gè)具有故障或錯(cuò)誤診斷和交叉檢查功能的獨(dú)立通道。這些系統(tǒng)也可以采用一個(gè)不受某個(gè)檢測到的特定故障影響的通道來使逆變器停止使用。可以看到的是，盡管在這種系統(tǒng)中，需要提供一種不依賴于復(fù)雜電路的、能夠使逆變器停機(jī)的方法，從而獲得所要求的危險(xiǎn)失效的較低概率。

因此，期望具有一個(gè)失效保護(hù)接口，特別針對逆變器使用，該接口具有簡單的電子元件并具有良好的故障模式定義。在這種接口中，期望元件故障以及元件故障的組合可產(chǎn)生失效保護(hù)。換句話說，對于逆變器未能提供所要求的波形的失效情況，則連接到逆變器的電機(jī)未被驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明特征在于減輕上述一些問題。提供了一種防止輸入信號輸出的裝置，包括：信號控制單元，所述信號控制單元包括：

具有輸入端和輸出端的信號緩沖單元，所述信號緩沖單元用于上電時(shí)接收輸入信號并把該輸入信號傳輸?shù)捷敵龆耍渲兴鲂盘柧彌_單元的負(fù)電源端由第一電源供電；以及