[发明专利]防止输入信号输出的装置、为驱动电机提供输出电压的装置以及电机驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止输入信号输出的装置，为驱动电机提供输出电压的装置以及电机驱动系统。

背景技术

驱动电路用于驱动不同应用中的电机。这些应用需要提供一种在紧急情况下可以停止电机运行的方法。例如，若连接到机械设备的电机继续运行会伤害操作者，则需要通过指令停止电机运行。特别地，确保控制系统具有失效保护功能以确保机器在响应初始停机指令时停止运行是很重要的。

需要满足两个安全标准：

BS EN 61800-5-2：2007可调速电力驱动系统–安全要求；以及

BS EN ISO 13849-1：2008机械的安全–控制系统中与安全有关的部件

BS EN 61800-5-2定义了停止驱动电机运行的方法为“安全转矩关断”。这在标准BS EN 61800-5-2中定义为：

能够引起电机旋转(或者对于线性电机的移动)的电能没有施加在电机上。PDS(SR)不会提供能够产生转矩(或者对于线性电机的力)的电能给电机。其中PDS(SR)为适用于和安全有关的应用中的可调速电力驱动系统。

满足这些标准的一个常用方法是提供安全转矩关断(STO)功能，该功能可以阻止控制信号被传输至开关器件，从而阻止能够产生转矩的电机电流的产生。为了满足这些标准，STO需要具有高度的安全性。因此，STO功能必须具有内置的失效保护机制。

所有现代交流电机驱动系统采用逆变器产生施加在电机上的可控交流电压。

为了保持电机转矩，需要对相应的功率半导体器件以一定顺序进行持续协调的开关控制。若逆变器中的一个或多个功率半导体器件发生错误导通，这不会在电机中产生持续的转矩。对于具有平(非突出)转子的电机，逆变器中的一个功率半导体器件的任何故障均不会产生转矩。对于具有永磁铁和/或凸极转子的电机，逆变器中一对功率半导体器件短路会引起短暂的调整转矩，从而造成电机部分旋转，然而该电流会迅速上升直到被保护装置(例如熔断器)或至少其中一个功率半导体器件破坏性失效所中断。

进一步，在连接到电网的发电逆变器应用中，当逆变器驱动变压器而非电机时，该同样的原理也适用。逆变器的功率半导体器件的错误导通不能够在变压器中产生交流磁通，因而不会在变压器副边产生持续输出。换句话说，逆变器功率器件故障产生直流电流，该直流电不能通过变压器传输因为变压器依赖于交流电运行。

为了安全和可靠地控制这种逆变器，在逆变器的控制输入端子间需要一个接口，该接口通常使用例如24V d.c.的逻辑信号，并且逆变器的功率半导体器件使逆变器具有较低的故障概率。

电磁继电器被采用以为该接口提供必要的电气隔离和电平转换。然而，继电器相对具有相对较高的危险性失效概率，并且由于机械磨损，寿命相对短。这导致监控电路在检测故障条件时需要使用成对的继电器。

最近，通过复杂的数字电子电路和可编程数字处理器来产生功率半导体控制信号以运行逆变器。这种方法不能提供所要求的危险性失效的低概率，因为大多数数字电路在任何逻辑状态下具有同样的失效概率。更进一步，数字电路和其功能的复杂性使其在运行时面临各种不同的组合条件和各种不同的顺序条件，因此该数字电路很难去可靠自信地展示其具有足够低的危险性失效概率。例如，预测电路在变化的温度条件下以及电路中不同器件的每个针脚的逻辑电平在各种可能的组合顺序下如何反应是很困难的。

若复杂数字电子电路和可编程电路用于安全功能中，一般要至少使用2个具有故障或错误诊断和交叉检查功能的独立通道。这些系统也可以采用一个不受某个检测到的特定故障影响的通道来使逆变器停止使用。可以看到的是，尽管在这种系统中，需要提供一种不依赖于复杂电路的、能够使逆变器停机的方法，从而获得所要求的危险失效的较低概率。

因此，期望具有一个失效保护接口，特别针对逆变器使用，该接口具有简单的电子元件并具有良好的故障模式定义。在这种接口中，期望元件故障以及元件故障的组合可产生失效保护。换句话说，对于逆变器未能提供所要求的波形的失效情况，则连接到逆变器的电机未被驱动。

发明内容

本发明特征在于减轻上述一些问题。提供了一种防止输入信号输出的装置，包括：信号控制单元，所述信号控制单元包括：

具有输入端和输出端的信号缓冲单元，所述信号缓冲单元用于上电时接收输入信号并把该输入信号传输到输出端，其中所述信号缓冲单元的负电源端由第一电源供电；以及