直流电机控制电路制造技术

一种直流电动机控制电路，其中一反相放大电路通过将半导体开关元件两端之间电压的平滑电压与由电压设定电位器产生的设定电压进行比较产生比较电压，运算放大器通过将上述比较电压与三角形波电压进行比较产生驱动信号。如此进行负反馈，使得设定电压等于平滑电压其反比于直流电动机转速。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
直流电机控制电路本专利技术涉及直流电机控制电路，其适用于由直流电动机驱动的动力工具，例如电动改锥、电钻和电锯。图1所示为动力工具的常规直流电机控制电路，其中E代表装在动力工具内的电源，M代表直流电动机，52代表电源开关。当动力工具的操作杆的压缩量(行程)达到一个预定值时(和操作杆的运动相应)，电源开关52闭合。当电源开关52的触头52a和52b处于图1所示的状态时，在直流电机M两侧的电机端子被短路，从而使电机M被制动。为了在一个方向使直流电机旋转，只使触头52a转换到与图1相反的状态。为了使直流电机朝另一个方向旋转，只使触头52b转换到与图1相反的状态。这就是说，当只有触头52a、52b中的一个转换到与图1所示的相反的状态时，就有电流流过电机，从而使其旋转。标号53代表半导体开关元件，例如FET。当动力工具的操作杠杆被压到最大行程时，闭合触头54接通，从而短路半导体开关元件53的开关部分。电压设定电位器59的电阻底板上，有一滑动件和动力工具的操作杆连动。这样，设定电位器59输出相应于操作量的设定电压b。驱动信号输出电路51包括：三角形波振荡器57，用来根据电源电压E产生图2(a)所示的三角形波电压，电源电压E是通过电源开关52和二极管55、56被施加的；一比较器58，在其反相输入端-->接收三角形波电压而在同相输入端接收设定电压b；以及开关电路60，其根据比较器58的比较输出向半导体开关元件53的控制极提供驱动信号C(见图2(b))。在上述常规的直流电机控制电路中，当压下动力工具的操作杆时，相应于压缩量(行程)的设定电压b输入给比较器58，驱动信号C的占空比(duty cycle)按设定电压b被控制，如图2(b)所示。这样便控制直流电机M的速度。然而，一般说来，直流电机M的转速N和驱动信号C的占空比D的关系是非线性的，如图3的特性曲线所示。并且驱动信号C的占空比D和操作杆的行程S的关系是线性的，如图4的特性曲线所示。因此，直流电机M的转速N和操作杆的行程之间的关系是非线性的，即由图5所示的向上凸起的曲线所示。一般说来，使用动力工具拧紧螺丝时，例如电动改锥，希望直流电机M的转速N在开始时是低的，此时需要定位。然而，常规的控制电路因为转速N和行程S具有非线性关系，即如图5的上凸起曲线所示，在低速范围内，对于直流电机M的转速N一个恒定的增量而言，行程S的间隔很小，这便难于实现精确的调整，因而带来使用的不便。为解决上述问题，可以设想改变电压设定电位器59薄膜电阻器的形状，使得在操作杆行程和电阻之间呈现非线性关系。然而，这种方法未必能提供所需的特性。图6所示为一种常规的电机控制电路，它与图1所示的电路相似。参见图6，电位器VR1和操作开关(未示出)连动地滑动。固定端子C和D之间的电压以任意的比值进行分配，所得到的分压从动端子A-->输出。根据所述分压，电压设定部件(电压设定电路)61产生具有门限电压VH(设定电压)的设定信号V0，电压设定部分具有电阻R51、R53和R54。一三角形波振荡器57和电容器C1相连产生具有预定周期的三角形波信号V4。一比较器58将设定电压信号V0和三角形波信号V4进行比较并输出比较信号V5，根据V5，开关电路60产生用来驱动开关晶体管TR1的信号以驱动电机M。现在说明上述电机控制电路的操作。当操作开关被按下时，开关1的闭合断开触头66打开以释放电机M的制动。当操作开关再进一步压下时，开关1的触头67闭合，从而把电源(直流电压)加到电路的各个部分上。三角形波信号V4和设定信号V0进行比较，当三角形波信号(电压)V4大于门限电压VH即设定信号(电压)V0时，晶体管TR1导通，从而使电流流过电机。这就是说，借助于具有相应于门限电压VH的脉冲信号使晶体管TR1导通。占空比越大，流过电机M的平均电流越大(电机的转速越高)。另一方面，因为设定信号V0的门限电压VH和操作开关的压缩量(行程)相关连，电机M的转速就可按照操作开关的行程调节。当操作开关被进一步压下时，开关2的触头68闭合。结果使电源E1直接加到电机M上，电机M达最大转速。图7示出了图6所示电路使用的电位器VR1的结构。在图7中，符号C、D和A分别相当于图6所示的固定端C、D和可动端A。作为可动电极的电刷70在两个固定电极上滑动，其中一个具有导体区域71和72以及电阻区73，并和C或D端相连，另一个固定电极74连接端子A。这就是说，电刷70和两个固定电极相连，电刷70在导体区71上滑动时，输入给比较器58的设定信号(电压)V0具有通过以电阻R53、R54之比值对电源电压(直流)E1进行分压来确定的值，此时设定-->信号(电压)V0具有最大值。因此，比较信号V5为0V，晶体管TR1截止。于是，电机M停止，而与电刷70在导体区71上的滑动位置无关。当操作开关的行程增加并且电刷70在电阻区73上滑动时，设定信号(电压)V0按照电刷70的滑动位置而减小。比较信号V5的脉冲的占空比和正在减少的电压V0相应，即和操作开关的行程相应。这样以来，使电机M的转速逐渐增加。因此，电阻区73相应于整个调速范围。当操作开关的行程进一步增加并且电刷70在导体区72上滑动时设定信号(电压)V0为0V，因此，比较信号V5的脉冲占空比是100％，晶体管TR1导通。因而电机M以恒速旋转而与电刷70在导体区72上的滑动位置无关。当操作开关的行程进一步增加时，如上所述，开关2的触头68闭合，使得电源E1直接加到电机M上，电机M达最高转速。因此，这种动力工具适用于调节按压量，即调节操作开关的行程，以进行预期的工作。然而，在上述的常规电动机控制电路中，可能发生这样的问题，即尽管操作开关的按压量是在整个调速范围内，而实际上电机M不能转动或其转速不能达到预期工作所需的值。图26表明如何相对于操作开关的行程而产生比较输出V5。在设定信号(电压)V0变得小于三角形波信号V4(见图26(a))的时刻，比较输出V5开始起作用(见图26(b))。在图26中，为了表示操作开关开始按压的时刻，用t1表示达到转速调节范围(相应于图7的电阻区73)的时刻，t2表示开关2的触头68闭合的时刻。由图26(b)-->可明显看出，在整个调速范围的开始部分，不产生比较输出V5，或者不获得规定转速的占空比。图27表示操作开关的行程和电机转速之间的关系。点划线代表常规的电机控制电路的特性。如图27所示，开关1的触头67在行程位置S0闭合，总的调速范围S在行程S1开始，开关2的触头68在行程S3闭合。符号Na表示适合于工作的有效转速范围。由图27可明显看出，常规电机控制电路的特性，在总调速范围S中的S1到S2之间，电机M不转动而只是嗡嗡响。而且即使在它开始转动之后，转速不会马上达到有效转速范围。就是说，存在一个不工作的无效调速范围Sb。因而使有效调速范围Sa变窄，其可以使工作效率降低。本专利技术的目的是针对上述问题，而提供一种直流电机控制电路，它可以在直流电机开始转动阶段，相对于行程的变化，减少电机转速的变化，借以改善动力工具的操作。本专利技术的另一个目的在于，提供一种直流电动机控制电路，它可以防止当半导体元件流过过电流或异常发热时使半导体元件损坏。本专利技术的又一个目的在于提供一种电机控制电路，它可以借助于加宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电动机控制电路，包括： 一直流电动机； 一连接到直流电动机的半导体开关元件，用来控制流过直流电动机的电流； 用来提供设定电压的电压设定部件； 第一比较电路，用来将半导体开关元件两端的电压与设定电压进行比较，并产生比较信号； 用来产生参考电压信号的参考电压产生电路；以及 第二比较电路，用来将参考电压信号与比较信号进行比较，并产生驱动信号，用来控制半导体开关元件的通断。

【技术特征摘要】
JP 1994-6-10 6-128731;JP 1994-8-23 6-2195591、一种直流电动机控制电路，包括：一直流电动机；一连接到直流电动机的半导体开关元件，用来控制流过直流电动机的电流；用来提供设定电压的电压设定部件；第一比较电路，用来将半导体开关元件两端的电压与设定电压进行比较，并产生比较信号；用来产生参考电压信号的参考电压产生电路；以及第二比较电路，用来将参考电压信号与比较信号进行比较，并产生驱动信号，用来控制半导体开关元件的通断。2、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其中，还包括用于给第一比较电路提供半导体开关元件两端之间电压的平滑电压的平滑电路。3、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其中，还包括借助于非线性特性用来校正设定电压的电压校正电路。4、如权利要求3所述的直流电动机控制电路，其中，电压校正电路包括用来提供非线性特性的二极管。5、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其中，还包括开关电路，用来当半导体开关元件截止时向第一比较电路提供半导体开关元件两端之间的电压。6、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其中，还包括保护电路，用来将当半导体开关元件导通时其两端之间的电压与预定电压进行比较，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：大盛浩二，谷和则，片冈朋宏，
申请(专利权)人：欧姆龙公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]