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码垛机器人系统驱动板设计

来源:机器人在线 时间:2017-09-12

关键字: 码垛机器人 码垛机器人腰关节电机驱动系统的设计

摘要:驱动逆变电路由三相桥式全波整流电路、逆变器和滤波器等组成。本设计选用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为逆变电路的核心开关器件。

码垛机器人系统驱动板设计
 3.2系统驱动板设计
3.2.1主电路设计
驱动逆变电路由三相桥式全波整流电路、逆变器和滤波器等组成。本设计选用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为逆变电路的核心开关器件。IGBT具有速度快、输入阻抗高、通态电压低、热稳定性好、耐压高和驱动电路简单等优势。图3.3为主电路的结构简图。
如图,由整流电路、滤波电路和逆变电路这三部分构成了控制系统的主电路。但整流后电压并非波形稳定的直流电,需要一个时间系数较大的阻容滤波电路进行滤波。IGBT旁边反置的起连续的作用超快恢复二极管,为电机等阻性负载续流。通过程序控制IGBT的通断时长,从而实现调频及调压,使定子的正弦电流磁通势与转子磁场相位差始终为90090,从而实现电机的矢量控制。
3.2.2 IGBT驱动电路的设计
由于IGBT制造工艺等原因,其内部常伴有各类寄生参数,从而使强电信号门极控制信号非常容易受主电流影响,所以在进行驱动电路的设计时要对开通特性、负载短路能力和误触发这些问题特别注意;还有一点需要注意的是因为IGBT最多只能制约10u、的过流,所以设计速度性能优良的保护电路也是十分必要的。因此可以得出对驱动电路的要求归纳如下:
(1)IGBT对栅极电荷敏感,因为其具有一个2.5~5V的阀值电压,一个容性输入阻抗,需要电压驱动,这要求IGBT的驱动电路中要减小驱动回路中的寄生参数,即要尽量减小驱动电路与IGBT的连接部分;
(2)驱动电路要有较好的频域响应特性,在规定频率脉冲信号下响应较好;
(3)驱动电平十以硬也必须考虑全面,当+UGE幅值变大,单一负载的短路电流值会增大,此时的IGBT无法长时间负担短路电流,安全性下降,因此在有短路过程的设备里+UGE应选12~15V的小电压;
(4)关断过程中,为了达到尽量释放PNP节存储电荷的目的,必须确保加一负偏压十以汪并使这一负偏压受IGBT的G, E间最大反向耐压的限制;
(5)为确保IGBT的安全通断,其开关时间在保持大电感负载状态下不可以过于短暂,防止其产生过大的尖峰电压;
(6)IGBT广泛用于高压环境,所以必须注意驱动与控制两个环节要做到严格的隔离。
(7)如上条所述其特殊的工作环境,其栅极驱动电路需要较好稳定性,如抗干扰性和快速性,并且能对晶闸管本身起到良好的保护作用。
本系统采用的IR2110S芯片是美国IR公司研发的一种IGBT驱动模块,其对电压驱动信号在高速上升时具有很强的容纳性,最高可容纳每毫秒正负_50000 V的上升/下降速率,对开关器件IGBT形成了良好的保护作用。另外与东芝及三菱的驱动模块相比较,其体积小,并且成本不高,虽然驱动力不如日系的驱动模块,但是也可以驱动_SOOV以内的桥臂开关,满足了非极苛刻条件下的开关元件的快速驱动。而且除了在伺服电机的控制系统中广泛应用,在500V内的新能源汽车直流充电器中,也得到充分的应用,完全表明了其可靠性DSP
发送的控制电机运转的PWM信号,经过6N137芯片光电信号隔离后,信号输送到IR2110S驱动芯片。6N137光耦合器其具有温度、电流和电压补偿功能。并设计了光电隔离结构增强驱动部分抗干扰能力,并方便进行电平转换。信号经过IR211 OS驱动芯片以后输送到IGBT电路。图3.4为IGBT驱动电路。 码垛机器人

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