[发明专利]一种基于GaN方案的直流伺服驱动器

说明书

本发明涉及一种基于GaN方案的直流伺服驱动器。该伺服驱动器由运动控制单元、系统供电单元、伺服驱动单元、反馈采集单元和系统保护单元组成。运动控制单元负责运动轨迹规划，对电机运动轨迹进行计算并得到电机转动所需的速度和方向信号；系统供电单元给整个系统提供电源；伺服驱动单元接收运动控制单元信号对直流电机直接驱动；反馈采集单元收集电枢电流及位置测角信号实现电流、速度和位置的反馈；系统保护单元采集母线电压信号用于驱动器欠压及过压保护，采集GaN功率管上散热片的温度对功率电路进行过热保护。本发明采用GaN功率管并采用模块化设计思路具有更低的驱动损耗，提高了逆变效率，能够实时监控驱动电路信号，大大提高了驱动器的可靠性及稳定性。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于GaN方案的直流伺服驱动器。

(二)背景技术

直流伺服产品可能广泛应用于数控机床、搬运机械、机器人、雷达控制设备等多种领域。而直流伺服驱动器作为整个直流私服系统的核心部分，也随着新型半导体技术和数字控制器的发展而不断发展。现有技术的伺服驱动器在设计小体积、高功率比、高速高精度的应用场合，还存在一些不足。而GaN功率管可以使用在高频，有着更高的逆变效率，更低的发热和能量损耗，因此采用GaN方案设计更低损耗、更高精度稳定性能的伺服驱动器成为后续的发展方向。

(三)发明内容

本发明需要解决的技术问题为：

现有技术的伺服驱动器占据空间大、控制性能差、高功耗比，特别在功率电路中损耗较高。本发明在已有的直流伺服驱动器的基础上提供一种以GaN方案的功率器件为基础的可自有拆分及组合的直流伺服驱动器，采用模块化设计思路提高了整个系统的性能，降低了驱动损耗，并大大提高了驱动器的可靠性及稳定性。

本发明提供一种基于GaN方案的直流伺服驱动器，包括运动控制单元、系统供电单元、伺服驱动单元、反馈采集单元和系统保护单元五个部分组成，各部分相互连接。所述运动控制单元负责运动轨迹规划，对电机运动轨迹进行计算并得到电机转动所需的速度和方向信号；所述系统供电单元给整个系统提供电源；所述伺服驱动单元接收运动控制单元信号对直流电机直接驱动；所述反馈采集单元收集电枢电流及位置测角信号实现电流、速度和位置的反馈；所述系统保护单元采集母线电压信号用于驱动器欠压及过压保护，采集GaN功率管上散热片的温度对功率电路进行过热保护。

所述的运动控制单元包括DSP芯片、与DSP连接的JTAG电路、时钟电路、电源模块、ADC输入采集通道和PWM输出通道。所述电源模块与系统供电单元相连，由系统供电单元提供电源；所述ADC输入采集通道接收反馈采集单元和系统保护单元的模拟量信号；所述PWM输出通道用来控制伺服驱动单元对电机直接驱动。

所述的系统供电单元具有电源管理和整流单元，电源管理提供控制部分所需电源，包括DSP、反馈采集单元及系统保护单元所需3.3V直流电源，伺服驱动单元所需5V直流电源，伺服驱动单元、反馈采集单元及系统保护单元所需12V直流电源。整流单元由交流经整流成额定310V直流电，给伺服驱动单元功率模块提供母线电压。

所述的伺服驱动单元包括功率驱动单元和功率逆变单元。所述功率驱动单元接收DSP的PWM输出通道信号，用来驱动功率逆变单元来控制电机运动；所述功率逆变单元接收功率逆变单元的信号来驱动电机运动。

所述的反馈采集单元包括位置测角单元和电流反馈单元。所述位置测角单元采用光电编码器实现系统对速度、位置的反馈，反馈信号输入到运动控制单元的DSP模块中；所述电流反馈单元实时监控直流电机的电流并将信号传输到运动控制单元的DSP模块中。

所述的系统保护单元包括母线电压采集单元和温度采集单元。所述母线电压采集单元实时监控整流单元中的母线电压，并将采集的信号传输到运动控制单元的DSP模块中；所述温度采集单元采集功率逆变单元GaN功率管上散热片的温度，并将采集的信号传输到运动控制单元的DSP模块中。

(四)有益效果