本發(fā)明涉及供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人供電系統(tǒng)中對(duì)大功率的動(dòng)力電一般采用程控方式上電和斷電，一方面可以在特定狀態(tài)實(shí)時(shí)關(guān)閉動(dòng)力電以降低能耗，另一方面可以在緊急情況下斷開動(dòng)力電以保證整機(jī)安全。程控方式一般采用MCU的IO口高電平開通功率管上電、低電平斷開功率管斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于常見的上電IO口為低電平或者高阻態(tài)的MCU，上述程控方式?jīng)]有問題，但是對(duì)于由FPGA構(gòu)成的MCU，上電過程中IO口為高電平，特別是運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)的MCU，上電過程中IO口為高電平的時(shí)間較長(zhǎng)，如果應(yīng)用前述程控上電方式，則機(jī)器人系統(tǒng)MCU按照程序工作之前動(dòng)力電一直處于帶載狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)的誤動(dòng)作或者其他安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路，用以解決現(xiàn)有MCU上電過程中由于IO口為高電平導(dǎo)致的動(dòng)力電功率開關(guān)為通電狀態(tài)的問題。
本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路，包括：電池DC、開關(guān)SB、電壓轉(zhuǎn)化器UR、微控制單元MCU、二極管整流橋、電阻R1、三極管VT、電阻R2、地GND1、光耦OC、地GND2、電阻R3、PMOS型功率管Q1和輸出電壓V0；
所述二極管整流橋包括左上橋臂二極管VD1、右上橋臂二極管VD2、右下橋臂二極管VD3和左下橋臂二極管VD4；
所述電池DC的正極通過開關(guān)SB連接電壓轉(zhuǎn)換器UR的一個(gè)輸入端，電池DC的負(fù)極連接電壓轉(zhuǎn)換器UR的另一個(gè)輸入端；
電壓轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸出端分別連接微控制單元MCU的正負(fù)兩個(gè)輸入端；
微控制單元MCU、二極管整流橋和三極管VT依次連接；
三極管VT的集電極通過電阻R2接地GND1；
光耦OC的兩個(gè)輸入端并接于電阻R2兩端、輸出端O1連接PMOS型功率管的柵極、輸出端O2接地GND2；
電阻R3并接于PMOS型功率管的源極和柵極之間；
PMOS型功率管的源極連接電池DC的正極，漏極和電池DC的負(fù)極構(gòu)成輸出電壓V0的兩個(gè)輸出端子。
所述二極管整流橋和三極管VT對(duì)微控制單元MCU的兩個(gè)輸出端IO1、IO2執(zhí)行類異或操作。
所述微控制單元MCU的輸出端IO1連接二極管整流橋左上橋臂二極管VD1的陰極、輸出端IO2連接二極管整流橋右下橋臂二極管VD3的陰極，二極管整流橋的左下橋臂二極管VD4的陰極連接三極管VT的射極，二極管整流橋的右上橋臂二極管VD2的陰極通過電阻R1連接三極管VT的基極。
當(dāng)閉合所述開關(guān)SB、程序未加載完成時(shí)，IO1和IO2呈高電平，輸出電壓V0為0；
程序加載完成后，MCU將IO1置高電平，IO2仍維持低電平，輸出電壓V0為電池電壓，動(dòng)力電加電；
MCU將IO1置低電平，IO2仍維持低電平，輸出電壓V0為0，動(dòng)力電斷電。
所述微控制單元MCU為類FPGA型的。
一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路工作方法，包括以下步驟：
步驟S1、閉合開關(guān)SB，程序未加載完成時(shí)，IO1和IO2默認(rèn)呈高電平，輸出電壓V0為0；
步驟S2、程序加載完成后，此時(shí)初始化完成，MCU根據(jù)程序中初始化設(shè)定將IO1和IO2置低電平，輸出電壓V0也為0；
步驟S3、微控制單元MCU按照機(jī)器人動(dòng)作指令設(shè)置IO1和IO2電平，給動(dòng)力電加電和斷電；
步驟S4、整體設(shè)備斷電。
所述步驟S1具體包括：
閉合開關(guān)SB，電壓轉(zhuǎn)換器UR將電池的電壓轉(zhuǎn)換到MCU適合的供電電壓，隨后MCU加電，程序未加載完成時(shí)IO1和IO2默認(rèn)呈高電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同因而不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0為0。
所述步驟S2具體包括：
程序加載完成后，程序中初始化設(shè)定IO端口為低電平，故IO1和IO2呈低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同也不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0也為0。
所述步驟S3具體包括：
當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至需要給動(dòng)力電加電時(shí)，MCU將IO1置高電平，IO2仍維持低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT射極電壓為高電平，基極電壓為低電平，三極管VT導(dǎo)通，電阻R1用于限制基極電流，光耦兩端加正電壓，PMOS型功率管Q1源柵電壓大于導(dǎo)通電壓閾值，PMOS型功率管Q1導(dǎo)通，輸出電壓V0為電池電壓，為動(dòng)力電加電；
當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至需要給動(dòng)力電斷電時(shí)，MCU將IO1置低電平，IO2仍維持低電平，工作過程與前述IO1、IO2皆為低電平的工作過程一致，輸出電壓V0為0，給動(dòng)力電斷電。
所述步驟S4進(jìn)一步包括：
當(dāng)機(jī)器人停止工作，斷開開關(guān)SB，電路停止工作，電路輸出電壓V0為0，整體設(shè)備斷電。
本發(fā)明有益效果如下：
通過利用二極管整流橋及PNP型三極管對(duì)MCU的兩個(gè)IO輸出端電壓執(zhí)行類異或操作，避免了上電過程中IO端口為高電平的MCU程控上電工作系統(tǒng)在上電過程中由于大功率動(dòng)力電的誤加載所造成的安全隱患；采用光耦隔離了控制電和動(dòng)力電，降低了動(dòng)力電加電狀態(tài)對(duì)控制系統(tǒng)的電磁干擾；使用PMOS管實(shí)現(xiàn)了高端驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分的從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
附圖說(shuō)明
附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。
圖1為一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路，如圖1所示，包括：電池DC、開關(guān)SB、電壓轉(zhuǎn)化器UR、微控制單元MCU、二極管整流橋、電阻R1、三極管VT、電阻R2、地GND1、光耦OC、地GND2、電阻R3、PMOS型功率管Q1和輸出電壓V0；
具體地，所述二極管整流橋包括左上橋臂二極管VD1、右上橋臂二極管VD2、右下橋臂二極管VD3和左下橋臂二極管VD4。
所述電池DC的正極通過開關(guān)SB連接電壓轉(zhuǎn)換器UR的一個(gè)輸入端，電池DC的負(fù)極連接電壓轉(zhuǎn)換器UR的另一個(gè)輸入端，電壓轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸出端分別連接微控制單元MCU的正負(fù)兩個(gè)輸入端，微控制單元MCU的輸出端IO1連接二極管整流橋左上橋臂二極管VD1的陰極、輸出端IO2連接二極管整流橋右下橋臂二極管VD3的陰極，二極管整流橋的左下橋臂二極管VD4的陰極連接三極管VT的射極，二極管整流橋的右上橋臂二極管VD2的陰極通過電阻R1連接三極管VT的基極，三極管VT的集電極通過電阻R2接地GND1，光耦OC的兩個(gè)輸入端并接于電阻R2兩端、輸出端O1連接PMOS型功率管的柵極、輸出端O2接地GND2，電阻R3并接于PMOS型功率管的源極和柵極之間，PMOS型功率管的源極連接電池DC的正極、漏極和電池DC的負(fù)極構(gòu)成輸出電壓V0的兩個(gè)輸出端子。
當(dāng)閉合開關(guān)SB、程序未加載完成時(shí)，IO1和IO2呈高電平，輸出電壓V0為0；當(dāng)程序加載完成后，此時(shí)初始化完成，MCU根據(jù)程序中初始化設(shè)定，將IO1和IO2置低電平，輸出電壓V0也為0；MCU將IO1置高電平，IO2仍維持低電平，輸出電壓V0為電池電壓，動(dòng)力電加電；MCU將IO1置低電平，IO2仍維持低電平，輸出電壓V0為0，動(dòng)力電斷電。
具體地，當(dāng)開關(guān)SB閉合，電壓轉(zhuǎn)換器UR將電池的電壓轉(zhuǎn)換到MCU(類FPGA型的)適合的供電電壓，隨后MCU(類FPGA型的)加電，程序未加載完成時(shí)IO1和IO2默認(rèn)呈高電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同因而不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0為0；具體地，所述電池的電壓為48V，MCU適合的供電電壓為12V；
程序加載完成后，程序中初始化設(shè)定IO端口為低電平，故IO1和IO2呈低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同也不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0也為0；
MCU將IO1置高電平，IO2仍維持低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT射極電壓為高電平，基極電壓為低電平，三極管VT導(dǎo)通，電阻R1用于限制基極電流，光耦兩端加正電壓，PMOS型功率管Q1源柵電壓大于導(dǎo)通電壓閾值，PMOS型功率管Q1導(dǎo)通，輸出電壓V0為電池電壓，動(dòng)力電加電；
具體地，當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至控制機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作等分支時(shí)，給動(dòng)力電加電；
MCU將IO1置低電平，IO2仍維持低電平，工作過程與前述IO1、IO2皆為低電平的工作過程一致，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0為0，動(dòng)力電斷電；
具體地，當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至機(jī)器人待機(jī)或急停等分支時(shí)，給動(dòng)力電斷電。
具體地，以上所述程序存儲(chǔ)于嵌入式操作系統(tǒng)的MCU中，用于控制機(jī)器人動(dòng)作。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，公開了一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路工作方法，包括以下步驟：
步驟S1、閉合開關(guān)SB，程序未加載完成時(shí)，IO1和IO2默認(rèn)呈高電平，輸出電壓V0為0。
具體地，閉合開關(guān)SB，電壓轉(zhuǎn)換器UR將電池的電壓轉(zhuǎn)換到MCU(類FPGA型的)適合的供電電壓，隨后MCU(類FPGA型的)加電，程序未加載完成時(shí)IO1和IO2默認(rèn)呈高電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同因而不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0為0；具體地，所述電池的電壓為48V，MCU適合的供電電壓為12V。
步驟S2、程序加載完成后，此時(shí)初始化完成，MCU根據(jù)程序中初始化設(shè)定，將IO1和IO2置低電平，輸出電壓V0也為0。
具體地，程序加載完成后，程序中初始化設(shè)定IO端口為低電平，故IO1和IO2呈低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT基射結(jié)兩邊電平相同也不會(huì)正偏，導(dǎo)致光耦輸入端電壓為0，后續(xù)電路不會(huì)工作，輸出電壓V0也為0。
步驟S3、微控制單元MCU按照機(jī)器人動(dòng)作指令設(shè)置IO1和IO2電平，給動(dòng)力電加電和斷電。
具體地，當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至控制機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作等分支時(shí)，MCU將IO1置高電平，IO2仍維持低電平，二極管整流橋和三極管VT對(duì)IO1和IO2執(zhí)行類異或操作，三極管VT射極電壓為高電平，基極電壓為低電平，三極管VT導(dǎo)通，電阻R1用于限制基極電流，光耦兩端加正電壓，PMOS型功率管Q1源柵電壓大于導(dǎo)通電壓閾值，PMOS型功率管Q1導(dǎo)通，輸出電壓V0為電池電壓，動(dòng)力電加電；
當(dāng)微控制單元MCU中的程序運(yùn)行至機(jī)器人待機(jī)或急停等分支時(shí)，MCU將IO1置低電平，IO2仍維持低電平，工作過程與前述IO1、IO2皆為低電平的工作過程一致，輸出電壓V0為0，動(dòng)力電斷電。
步驟S4、整體設(shè)備斷電。
具體地，當(dāng)機(jī)器人停止工作，斷開開關(guān)SB，電路停止工作，電路輸出電壓V0為0，整體設(shè)備斷電。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于機(jī)器人供電系統(tǒng)的程控功率開關(guān)電路，通過利用二極管整流橋及PNP型三極管對(duì)MCU的兩個(gè)IO輸出端電壓執(zhí)行類異或操作，避免了上電過程中IO端口為高電平的MCU程控上電工作系統(tǒng)在上電過程中由于大功率動(dòng)力電的誤加載所造成的安全隱患；采用光耦隔離了控制電和動(dòng)力電，降低了動(dòng)力電加電狀態(tài)對(duì)控制系統(tǒng)的電磁干擾；使用PMOS管實(shí)現(xiàn)了高端驅(qū)動(dòng)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。