[其他]固態直流馬達控制器

無效

• 申請號: 86105486
• 申請日: 1986-08-25
• 公開（公告）號: CN86105486A
• 公開（公告）日: 1987-03-11
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·F·帕斯特
• 申請（專利權）人: 柯蒂斯儀器公司
• 主分類號: H02P7/285
• 分類號: H02P7/285
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 馮曉明

本發明涉及對由蓄電池作動力的交通工具的牽引馬達的速度的控制特別有用的直流馬達控制系統。

目前用蓄電池作動力的直流牽引馬達往往采用硅可控整流器作為“電流斬波”（以下稱SCR）控制器件以提供周期性的導通-截止控制，從而通過改變“導通”間隔的總的平均持續時間來改變驅動馬達的電流和速度。在這種方式中，對所謂的工作周期進行調整。這種SCR控制在很多方面都是非常令人滿意的。然而，這種SCR控制也確實有種種問題，包括相當昂貴的成本，相當大的能量損耗，相當大的尺寸和重量。

最近進入固體開關領域中的一個有價值的成員是諸如MOSFET的功率場效應晶體管。MOSFET是金屬氧化物半導體場效應晶體管，這種場效應晶體管的優點是開關具有非常高的（接近于無限大的）輸入阻抗，非常快速的開關時間，正的電阻溫度系數和特別低廉的成本。由于正電阻溫度系數提供一定程度的自動負載分配（平均分擔負載），所以電阻的正溫度系數對多個MOSFET的并聯運行是非常有利的。

MOSFET具有不同的電壓額定值。電壓額定值越高，MOSFET的內部電阻就越大，而能由MOSFET以安全的功率耗散速率來處理的電流就越小。因此，從經濟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的開關所引起的瞬變電壓峰值。這些瞬變電壓特別是在MOSFET截止時出現的。這一點意味著MOSFET的電壓額定值必須是比電源電壓的最大值高一些。這一點還意味著最好要采取措施來限止開關期間的瞬變電壓的峰值。

先有技術中的控制器的另一個不足之處是轉換頻率一般是處于聲頻范圍內，例如有時是處于2000赫芝。這一點在系統的轉換期間導致明顯的聽得到的音頻的產生。

已發現將轉換頻率設置在例如15，000赫這樣一個較高的水平上是能令人滿意的，該頻率在大多數人的聽覺的頻率上限的閾值之上。而且，當頻率達到這樣的水平時，聲音的振幅大幅度地衰減，以致于即使對于那些實際上能聽到這種聲音的人來說，音量也不是一個嚴重的問題。然而，當工作頻率提高到15，000赫芝這樣的高度時，MOSFET的轉換速度一般來說應該高一些，但這又會導致較高的瞬變電壓峰值。

另一問題是：人們往往希望要對之進行控制的電動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，某些規格的交通工具，例如行李車或高爾夫車，馬達的電流很可能高得多，例如高達400安培。

因而，本發明的目的是提供一種經過改進的固態直流馬達控制器，這種控制器可安全地采用開關元件具有較低電壓額定值的功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，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覺范圍的上限頻率。

為了實現本發明，提供了一種用于直流牽引馬達的、高頻電子電路斬波控制系統，該系統的特征在于提供：

多個并行連接的功率場效應晶體管，這些晶體管以串聯的行式與牽引馬達相連;

一個連接在上述場效應晶體管的柵極上的公共控制電路，控制上述場效應晶體管的導通-截止周期;

多個平行連接的功率二極管與牽引馬達并聯，二極管都是反接的以用作續流二極管，上述二極管實際上是相互分開放置的，并且分布在上述場效應晶體管之中，每一個二極管都以類似的方式與一組相應的場效應晶體管放置在一起，以便能方便地傳送二極管和相應的場效應晶體管之間的電流。

下面將參考下列附圖對本發明的最佳實施例作詳盡的描述，以便使本發明及其優點更加明顯。其中：

圖1是說明本發明的一個最佳實施例的電路示意圖，其中某些關鍵性部件按實際情況示出;

圖2是本發明的最佳實施例的機械圖的側視圖;

圖3是本發明的最佳實施例的端視圖，該圖表示在控制器周圍的機殼中的最佳布置和整個控制電路放在一塊單獨的印刷電路板上的布局。

圖4是圖1中的印刷電路板[20]的頂視圖，圖中示出了機械結構的進一步的細節;

圖5是圖1中的控制電路[64]的簡化了的示意圖;

圖6是表示圖5中的一部分控制電路的工作原理的電壓曲線圖。

主要是參見圖1。圖1中所示的控制系統是用來控制為圖中右邊所示的牽引馬達[12]供電的電源，即圖中右邊所示的蓄電池[10]的。馬達[12]包括一串聯激勵繞組[14]及換向開關控制器[16]。用該換向開關控制器將激勵繞組[14]的接頭換向就可以改變馬達[12]的轉矩的方向。