[实用新型]一种安全转矩关断电路及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子电路领域，特别涉及一种安全转矩关断（Safe Torque Off, STO）电路及安全转矩关断系统。

背景技术

现有技术中，为了防止电机意外起动，或避免发生伴有人身损害的事故,人们针对变频器、伺服电机驱动器等产品提出了STO功能。该功能能够防止驱动器在电机中产生转矩，适合纳入机器的安全系统中。国际电工委员会正式发布的IEC61508标准（《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》），提出安全完整性等级（SIL）的概念来衡量安全功能的可靠程度，并将其划分成4个等级，工业领域的最高等级为SIL3。满足SIL3的STO功能能够带来更高的安全性，是未来发展的趋势。

目前STO功能电路及系统多采用双路冗余设计，以提高系统安全性。然而，即使双路设计，在长时间的连续运行中，也可能由于故障累积导致安全功能失效。特别是，由于暂时的过压、短路等事故或者偶发性的部件缺陷引发故障的可能性高，因此需要对安全功能控制电路的各部分及时进行周期性检测。

中国实用新型专利申请文件CN105576952A，公开了一种双路冗余设计的STO功能电路，包括信号转换电路、光耦电路、滤波电路等，实现STO功能的同时实现了部分电路的自检。此技术方案虽包含STO功能电路的自检，但只涉及输入通道，输出通道、电源模块并未涉及，且其输入通道自检是通过诊断单元向两路输入通道发送相同检测窄脉冲进行自检，此方法无法检测输入通道的交叉短路，诊断覆盖率不高。且电源模块是STO功能电路中重要的一部分，对电源模块的诊断是非常必要的。

中国实用新型专利文件CN205319683U，公开了一种安全转矩关断功能电路，其技术方案包含两路STO信号输入，经过EMC电路、欠压保护电路、光耦隔离，分别控制上桥和下桥的IGBT驱动PWM电源的通断，来安全关断扭矩。其利用三极管基极、光耦副边、稳压管呈串联结构，实现电源的欠压保护功能，但并没有电源过压、过流、过载等保护功能。且其设计输入通道没有诊断，输出通道只有静态诊断，即诊断覆盖率不低，且部分模块没有诊断，整体SIL等级不高。

中国实用新型专利文件CN205170091U，公开了一种安全扭矩关断功能电路和电梯安全控制系统，其技术方案的侧重点是STO技术在电梯安全控制系统中的应用，和传统的接触器方式相比，有很多优势，结合了电梯行业的控制系统，强调一种整体的设计。其系统层面上，执行安全功能时，通过安全回路使得抱闸失电，电机抱死，同时双抱闸的辅助触点弹开，导致变频器安全回路输入断开，触发变频器安全功能。其变频器层面上，双路输出有欠压保护，可分别切断IGBT上桥电源、下桥电源，同时，输出电子开关的状态还经过一系列逻辑最终控制控制电源的接通与否，如果电源不通，就会失电安全。此专利只提及电源的诊断，且只有欠压没有其它诊断，诊断覆盖率不高。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种安全转矩关断电路及系统，其输入模块与执行模块均采用双路冗余设计，提高系统可靠性。对输入模块与执行模块采取动态检测的方法保证模块具有较高的诊断覆盖率。

本实用新型为了实现实用新型目的，所采用的技术方案是：

一种安全转矩关断电路，包括电源模块、输入模块A、输入模块B、执行模块A、执行模块B以及STO诊断模块。其中，输入模块A和执行模块A串接，构成第一通道，输入模块B和执行模块B串接，构成第二通道（构成双通道冗余设计）。

所述STO诊断模块包括诊断单元、信号转换电路A、信号转换电路B、欠压检测电路、过压检测电路。

所述输入模块A、B均为光耦电路，用于接收、隔离输出STO功能触发信号。

所述执行模块A、B均包含滤波电路、整形电路、OE诊断电路、逻辑或电路、第一缓冲器、第二缓冲器。

滤波电路对光耦电路输出的信号进行滤波，此设计可将监视信号滤除。

整形电路对滤波电路输出的信号进行整形，滤波电路的输出信号受OE诊断电路控制，在OE诊断期间拉成高电平。

逻辑或电路对整形电路的输出信号及电源失效信号进行或运算。

第一缓冲器与第二缓冲器串联设计，用于转换诊断单元发送的部分PWM信号，使之可用于执行模块后段功率电路使用。

STO诊断模块中的信号转换电路A、信号转换电路B分别与输入模块A、B串联。STO诊断模块中的诊断单元可通过信号转换电路A、B分别发送两路检测窄脉冲至输入模块A、B（两个光耦电路），且输入模块A、B的输出信号输入至诊断单元。以上可实现输入模块的动态检测。