[发明专利]控制装置和高压装置之间的通信接口

说明书

技术领域

本发明涉及一种在控制装置和高压装置之间的通信接口，该通信接口 包括被设置在控制装置和高压装置之间作为绝缘屏障以保证人身安全的 绝缘装置。本发明可用于任何包括向高压装置发送控制信号的控制装置的 系统，这样的系统要求高压部件和低压部分间必须绝缘以保证人身安全， 这些部件例如是马达驱动器、高压供电系统、高压过程监视系统和工业机 器人控制系统等。

背景技术

在控制装置和高压装置之间经常使用并行信号接口来传送控制信号。 例如，工业机器人的传统多轴机器人驱动机构被设计成在机器人控制器和 驱动装置之间有并行接口。在许多应用中，为了避免人身伤害，必须使信 号接口电绝缘来符合电气安全规范。通过连接在控制装置和供电装置之间 的光耦合器装置实现了并行信号接口的绝缘。但是上述解决方案仍然具有 一些弊端，例如由于并行接口中的大量信号而导致的光耦合器的高额成 本。大量的光耦合器又导致了大量的插脚，这样就需要复杂和昂贵的连接 器且限制了控制装置和电力装置之间电缆的长度，进而限制了分布布置装 置的可能性。大量的组件和连接器插脚又对高压装置的可靠性造成负面影 响。在所述多轴机器人驱动机构的示例中，系统中附加轴的数量受到了并 行接口的限制。

在一些应用中，期望在控制装置和高压装置之间使用串行接口。但在 使用串行接口的情况下，为了在控制装置和高压装置之间达到所要求的绝 缘而使用光耦合器同样具有一些弊端。光耦合器的一个弊端是低带宽。由 于低带宽，只能在对通信速度要求不高的应用中使用光耦合器。光耦合器 可处理的通信速度上限为10Mbps。光耦合器的另一弊端是它们老化较快， 所以使用寿命有限。因此，在对通信速度和通信可靠性都有高要求的应用 例如机器人控制系统中不能使用光耦合器。

发明目的和发明内容

本发明的目的在于提供控制装置和高压装置之间的改进的通信接口， 其符合关于人身安全的电气安全规范。

通过最初定义的通信接口来达到上述目的，该通信接口的特征在于包 括了在控制装置和高压装置之间的串行通信链路和被设置在控制装置和 高压装置之间作为绝缘屏障以保证人身安全的、适合传送串行通信信号的 信号变换器。

根据本发明，通过单个信号变换器装置实现了电绝缘。该信号变换器 提供了与所述光耦合器相比显著提高的带宽，从而允许上限为1Gbps的 通信速度。这使得在对带宽有高要求、并且也要求在高压部件和低压部分 之间绝缘以符合电气安全规范，但目前采用并行接口的应用中可以使用串 行通信。本发明使得可以省略光耦合器，从而显著降低了通信接口的成本。 使用信号变换器代替光耦合器的另一好处是延长了使用寿命。

所述变换器被设计为提供在高压部分和低压部分之间必要的绝缘需 求。因为该需求在不同的应用之间不同，所以变换器的设计随不同的应用 而不同。变换器的设计必须使其可以提供足以符合适用的电气安全规范的 绝缘。

所述控制装置指的是包括了诸如中央处理器(CPU)等处理装置、适 合执行产生控制信号的控制程序的低压装置。在串行通信链路上所述控制 信号被传送给高压装置。所述高压装置指的是包括适合处理高于48伏的 电压的电力电子部件的装置。

根据本发明的实施例的串行通信基于以太网。其好处在于使得可以采 用诸如标准以太网电缆等便宜的标准以太网组件。

根据本发明的实施例，所述串行通信链路包括电缆和在该电缆和高压 装置之间的连接器，所述变换器被设置在该连接器和高压装置的电力电子 部件之间。在本实施例中，使用该变换器来保护高压装置的信号接口连接 器。因此，接触在高压装置和电缆之间的连接器对用户而言是安全的。

根据本发明的另一实施例，所述高压装置包括装配有电力电子部件的 印刷电路板，且变换器被设置在该板上。将变换器设置在装配有电力电子 部件的电路板上是实际可行的。

在要求安全绝缘的应用中，所述变换器必须具有强化绝缘。强化绝缘 是指根据安全规范提高了变换器的安全距离；优选地该安全距离被加倍。 本实施例进一步提高了在控制装置和高压装置之间的通信接口的人身安 全性。