[其他]固態(tài)直流馬達(dá)控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101986000005486
• 申請(qǐng)日: 1986-08-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1005230B
• 公開(kāi)（公告）日: 1989-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯蒂芬·F·帕斯特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 柯蒂斯儀器公司
• 代理公司: 上海專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 馮曉明

本系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這些場(chǎng)效應(yīng)晶體管與牽引馬達(dá)串聯(lián)連接，有一個(gè)公共的控制電路與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極相連接以控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通一截止周期。多個(gè)并聯(lián)的功率二極管安排或以并聯(lián)的形式與牽引馬達(dá)反相連接以便將其用作續(xù)流二極管。二極管在布局上互相分開(kāi)，與散布在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的適當(dāng)位置處，每個(gè)二極管均以類(lèi)似的方法與一組相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管安置在一起以便于在二極管和相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間的電流的傳送。

本發(fā)明涉及對(duì)由蓄電池作動(dòng)力的交通工具的牽引馬達(dá)的速度的控制特別有用的直流馬達(dá)控制系統(tǒng)。

目前用蓄電池作動(dòng)力的直流牽引馬達(dá)往往采用硅可控整流器作為“電流斬波”（以下稱(chēng)SCR）控制器件以提供周期性的導(dǎo)通一截止控制，從而通過(guò)改變“導(dǎo)通”間隔的總的平均持續(xù)時(shí)間來(lái)改變驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電流和速度。在這種方式中，對(duì)所謂的工作周期進(jìn)行調(diào)整。這種SCR控制在很多方面都是非常令人滿意的。然而，這種SCR控制也確實(shí)有種種問(wèn)題，包括相當(dāng)昂貴的成本，相當(dāng)大的能量損耗，相當(dāng)大的尺寸和重量。

最近進(jìn)入固體開(kāi)關(guān)領(lǐng)域中的一個(gè)有價(jià)值的成員是諸如MOSFET的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。MOSFET是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)具有非常高的（接近于無(wú)限大的）輸入阻抗，非常快速的開(kāi)關(guān)時(shí)間，正的電阻溫度系數(shù)和特別低廉的成本。由于正電阻溫度系數(shù)提供一定程度的自動(dòng)負(fù)載分配（平均分擔(dān)負(fù)載），所以電阻的正溫度系數(shù)對(duì)多個(gè)MOSFET的并聯(lián)運(yùn)行是非常有利的。

MOSFET具有不同的電壓額定值。電壓額定值越高，MOSFET的內(nèi)部電阻就越大，而能由MOSFET以安全的功率耗散速率來(lái)處理的電流就越小。因此，從經(jīng)濟(jì)上或從避免不必要的功率耗散這兩方面考慮，最好是采用具有盡可能低的電壓額定值的MOSFET。

不幸的是，MOSFET不僅必須控制工作電壓，而且還必須控制由MOSFET的開(kāi)關(guān)所引起的瞬變電壓峰值。這些瞬變電壓特別是在MOSFET截止時(shí)出現(xiàn)的。這一點(diǎn)意味著MOSFET的電壓額定值必須是比電源電壓的最大值高一些。這一點(diǎn)還意味著最好要采取措施來(lái)限止開(kāi)關(guān)期間的瞬變電壓的峰值。

先有技術(shù)中的控制器的另一個(gè)不足之處是轉(zhuǎn)換頻率一般是處于聲頻范圍內(nèi)，例如有時(shí)是處于2000赫芝。這一點(diǎn)在系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致明顯的聽(tīng)得到的音頻的產(chǎn)生。

已發(fā)現(xiàn)將轉(zhuǎn)換頻率設(shè)置在例如15，000赫這樣一個(gè)較高的水平上是能令人滿意的，該頻率在大多數(shù)人的聽(tīng)覺(jué)的頻率上限的閾值之上。而且，當(dāng)頻率達(dá)到這樣的水平時(shí)，聲音的振幅大幅度地衰減，以致于即使對(duì)于那些實(shí)際上能聽(tīng)到這種聲音的人來(lái)說(shuō)，音量也不是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。然而，當(dāng)工作頻率提高到15，000赫芝這樣的高度時(shí)，MOSFET的轉(zhuǎn)換速度一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該高一些，但這又會(huì)導(dǎo)致較高的瞬變電壓峰值。

另一問(wèn)題是：人們往往希望要對(duì)之進(jìn)行控制的電動(dòng)交通工具的蓄電池的電壓是36伏而不是低于36伏。這也增加了必須由MOSFET加以處理的電壓。此外，某些規(guī)格的交通工具，例如行李車(chē)或高爾夫車(chē)，馬達(dá)的電流很可能高得多，例如高達(dá)400安培。

因而，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的固態(tài)直流馬達(dá)控制器，這種控制器可安全地采用開(kāi)關(guān)元件具有較低電壓額定值的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而且這種控制器是耐用的、不貴的和小型的，這種控制器能夠工作于常人的聽(tīng)覺(jué)范圍的上限頻率。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，提供了一種用于直流牽引馬達(dá)的、高頻電子電路斬波控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征在于提供：

多個(gè)并行連接的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這些晶體管以串聯(lián)的行式與牽引馬達(dá)相連;

一個(gè)連接在上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上的公共控制電路，控制上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通一截止周期;

多個(gè)平行連接的功率二極管與牽引馬達(dá)并聯(lián)，二極管都是反接的以用作續(xù)流二極管，上述二極管實(shí)際上是相互分開(kāi)放置的，并且分布在上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管之中，每一個(gè)二極管都以類(lèi)似的方式與一組相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管放置在一起，以便能方便地傳送二極管和相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間的電流。

下面將參考下列附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例作詳盡的描述，以便使本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)更加明顯。其中：