專利名稱:固態(tài)直流馬達(dá)控制器的制作方法
本發(fā)明涉及對由蓄電池作動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SCR)控制器件以提供周期性的導(dǎo)通-截止控制，從而通過改變“導(dǎo)通”間隔的總的平均持續(xù)時(shí)間來改變驅(qū)動馬達(dá)的電流和速度。在這種方式中，對所謂的工作周期進(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的功率場效應(yīng)晶體管。MOSFET是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，這種場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)具有非常高的(接近于無限大的)輸入阻抗，非?？焖俚拈_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限止開關(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)人的聽覺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，以致于即使對于那些實(shí)際上能聽到這種聲音的人來說，音量也不是一個(gè)嚴(yán)重的問題。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)換速度一般來說應(yīng)該高一些，但這又會導(dǎo)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(jìn)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(guī)格的交通工具，例如行李車或高爾夫車，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覺范圍的上限頻率。
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)連接在上述場效應(yīng)晶體管的柵極上的公共控制電路，控制上述場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通-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)際上是相互分開放置的，并且分布在上述場效應(yīng)晶體管之中，每一個(gè)二極管都以類似的方式與一組相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管放置在一起，以便能方便地傳送二極管和相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管之間的電流。
下面將參考下列附圖對本發(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。其中圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的電路示意圖，其中某些關(guān)鍵性部件按實(shí)際情況示出;
圖2是本發(fā)明的最佳實(shí)施例的機(jī)械圖的側(cè)視圖;
圖3是本發(fā)明的最佳實(shí)施例的端視圖，該圖表示在控制器周圍的機(jī)殼中的最佳布置和整個(gè)控制電路放在一塊單獨(dú)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(jī)械結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié);
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(tǒng)是用來控制為圖中右邊所示的牽引馬達(dá)[12]供電的電源，即圖中右邊所示的蓄電池[10]的。馬達(dá)[12]包括一串聯(lián)激勵繞組[14]及換向開關(guān)控制器[16]。用該換向開關(guān)控制器將激勵繞組[14]的接頭換向就可以改變馬達(dá)[12]的轉(zhuǎn)矩的方向。
由接觸器繞組[19]控制的導(dǎo)通一截止接觸器[18]用于把蓄電池[10]和控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)最好包括一印刷電路板[20]，印刷電路板[20]帶有電介質(zhì)[22]和上板極[24]和下板極[26]。板極[24]和[26]可以是印刷電路板[20]上的印刷電路的一部分。板極作為將電力從蓄電池[10]傳送到馬達(dá)[12]的主要的導(dǎo)電途徑。
板極[24]和[26]有時(shí)也可具有以下的特征，即構(gòu)成電容器結(jié)構(gòu)的一部分。電容器結(jié)構(gòu)也包括多個(gè)分布電解電容器[28]、[30]和[32]，這些電解電容器跨接在兩個(gè)板極[24]和[26]之間。因?yàn)榘鍢O[24]和[26]之間有電介質(zhì)板[22]存在，這些電極顯然就形成了一個(gè)電容器。雖然由這兩個(gè)電極[24]和[26]所形成的電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電容器[28]、[30]和[32]的電容，因?yàn)樗羞@些部份(板[24]和[26]加上電容器[28]、[30]和[32])對這種結(jié)構(gòu)提供電容，所以將它們總稱為電容結(jié)構(gòu)是適當(dāng)?shù)摹?br>電容結(jié)構(gòu)的電容是對蓄電池[10]上的負(fù)載作電源濾波之用。
電容結(jié)構(gòu)的總電容足以處理相當(dāng)于以系統(tǒng)的工作頻率流過本系統(tǒng)的平均電流的一個(gè)相當(dāng)大的比例的波紋電流，而電容器上電壓的變化小到可以忽略不計(jì)。因此，這種電容結(jié)構(gòu)與直流電源一起，提供了一種串聯(lián)阻抗可以忽略不計(jì)的表觀直流電源。
蓄電池[10]的正極端經(jīng)過接觸器[18]和導(dǎo)線[34]與電路板[20]的底板極[26]相連接。蓄電池[10]的負(fù)極端在[36]處與板[20]的上板極[24]相連。底板極[26]在[37]處與馬達(dá)[12]的轉(zhuǎn)子相連接。在一最佳實(shí)施例中，導(dǎo)線[37]和[34]實(shí)際上是公用的以便使得經(jīng)過板極[26]的電流降至最低程度。
轉(zhuǎn)子電路經(jīng)過換向開關(guān)[16]和串接磁場[14]和導(dǎo)線[38]到達(dá)總線(同時(shí)用作散熱片)[39]。電路從總線散熱片經(jīng)過一組并聯(lián)的MOSFET[40]，[42]，[44]，[46]，[48]，[50]，[52]，[54]，[56]，[58]，[60]和[62]終止于頂部板極[24]，這些MOSFET在下文中將被總稱為MOSFET[40]至[62]。
MOSFET[40]至[62]全部都是受它們的柵極從控制電路[64]經(jīng)過連接網(wǎng)絡(luò)接受到的開關(guān)信號的控制而開和關(guān)的，連接網(wǎng)絡(luò)包括導(dǎo)線[66]，電阻器[68]，[70]和[71]和絕緣電阻器[72]至[94]。電阻器[72]至[94]中的每一個(gè)電阻器的電阻值一般來說可以是150歐姆。電阻器[68]，[70]和[71]可以是1歐姆或者更少。MOSFET[40]至[62]中的每一個(gè)MOSFET的漏極連接在總線散熱片[39]上，如圖所示(如MOSFET40的96)MOSFET[40]至[62]中的每一個(gè)MOSFET的源極連接在上板極[24]上，如圖所示(如MOSFET[46]的[98])。
本系統(tǒng)是通過開關(guān)[100]接通的，如圖中左部邊緣處所示，這種開關(guān)[100]最好是一種鍵控開關(guān)，這種開關(guān)在下文中就稱之為鍵開關(guān)。這種鍵開關(guān)[100]從蓄電池[10]把電源接通給接觸器線圈[19]以便使本系統(tǒng)通電。此外，通過導(dǎo)線[102]，鍵開關(guān)[100]觸發(fā)控制電路[64]以便使系統(tǒng)開始工作。
最好把一個(gè)反向連接的二極管[106]并聯(lián)地接在接觸器線圈[19]的兩端以便將本系統(tǒng)的電源被切斷時(shí)因流經(jīng)接觸器線圈[19]的電流突然中斷而產(chǎn)生的瞬變電壓短路。
為了避免接觸器閉合系統(tǒng)被起動的瞬間有相當(dāng)大的電流通入含有電容器[28]、[30]、[32]的電容器結(jié)構(gòu)。最好是將電阻器[104]以分路的形式與接觸器[18]相連接，以便在蓄電池[10]與本系統(tǒng)接通之初在接觸器[18]閉合之前對電容器結(jié)構(gòu)逐步充電。
三個(gè)并聯(lián)的二極管[108]、[110]和[112]以分布的方式安裝和連接在MOSFET[40]至[62]中，這些二極管是以并聯(lián)的方式與驅(qū)動馬達(dá)的電樞[12]和激勵繞組[14]反接以便用作為所謂的“續(xù)流”二極管。因?yàn)橄篑R達(dá)這樣一類電感負(fù)載趨向于在電流改變方向時(shí)原來方向的電流仍不立刻衰減，所以二極管就在通過MOSFET器件的電路被斷開后能為電樞電流提供一個(gè)反向連接的短路電路。因?yàn)轳R達(dá)是電感性的，二極管的存在就會大大降低由馬達(dá)的電感所引起的高電壓。如圖所示，每個(gè)二極管都與散熱片總線[39]及底板極[26]相連接。如圖中二極管[108]在[114]和[116]處所示。
如圖所示，每個(gè)二極管都與四個(gè)MOSFET構(gòu)成一組。因此，二極管[108]與MOSFET[40]至[46]構(gòu)成一組，二極管[110]與MOSFET[48]至[54]構(gòu)成一組，二極管[112]與MOSFET[56]至[62]構(gòu)成一組。二極管和MOSFET沿著散熱片總線[39]和沿著板極[24]和[26]的分布保證了在MOSFET和相應(yīng)的二極管之間的電流傳送，特別是在MOSFET載止的時(shí)候。這意味著電流在MOSFET和二極管之間轉(zhuǎn)移時(shí)，不需要有任何明顯的電流或者說電流的變化，橫向流過散熱片[39]。這一原理在避免本系統(tǒng)中的瞬變電壓方面被認(rèn)為是十分重要的。
二極管、功率MOSFET和電容器結(jié)構(gòu)(包括板極[24]、[26]和電容器[28]、[30]和[32]的在形體上的分散排列是本發(fā)明最重要的特征之一。這種分散排列不僅將橫向流過散熱片總線[39]的電流或電流變化減少到最低限度，而且還將橫向穿過板極[24]和[26]的電流或電流變化減少到最低限度。這種在形體上分散的、并聯(lián)連接的二極管的排列方式是罕見的，上述排列所取得的成功也是出乎意料之外的。在工業(yè)上通常的看法是電流將具有從一個(gè)二極管移至另一個(gè)二極管的趨勢，當(dāng)MOSFET被導(dǎo)通時(shí)，隨著其它二極管的截止將導(dǎo)致一個(gè)或更多的二極管趨載。然而，我們發(fā)現(xiàn)這種情況不會發(fā)生，小的分布二極管不會單個(gè)地趨載。采用幾個(gè)小的，額定電流低的，并聯(lián)的二極管還比采用一個(gè)大的二極管來得好，這是因?yàn)檫@種小的二極管所具有的開關(guān)速度比大的二極管快得多。例如，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，這種小的二極管所具有的反向電壓的恢復(fù)時(shí)間為200毫微秒，如果用一個(gè)大二極管來代替這些分散的小二極管，則反向電壓的恢復(fù)時(shí)間一般為一微秒。而人們希望以300毫微秒那樣小的時(shí)間來導(dǎo)通MOSFET或截止二極管。
盡管在這張附圖中沒有畫出來，但是MOSFET[40]至[62]中的每一個(gè)和二極管[108]至[112]中的每一個(gè)都是被封閉在一個(gè)外殼中。每一個(gè)這種器件中的負(fù)載導(dǎo)電端之一都與上述外殼構(gòu)成電連接。因此，在[96]處所標(biāo)出的MOSFET[40]的漏極連接在那個(gè)MOSFET的外殼上，二極管[108]的正極端連接在上述二極管的外殼上。對散熱片總線[39]的機(jī)械和電連接是通過把每一個(gè)器件的外殼牢固地連接在散熱片總線[39]上來加以實(shí)現(xiàn)的。這種連接可以通過對每一個(gè)器件分別采用螺紋緊固件或夾具或鉚釘來加以實(shí)現(xiàn)。從而上述連接就同時(shí)實(shí)現(xiàn)了和散熱片總線[39]的機(jī)械熱傳導(dǎo)性連接和電氣連接。
在[98]和[116]處所示的MOSFET及二極管和板極[24]和[26]的連接以示意的形式在本附圖中畫出。在實(shí)際的最佳的實(shí)施例中，板極[24]和[26]的邊沒有伸出絕緣電路板之外，而是從板極[24]和[26]的邊延伸出來一些短的印刷電路，這些短的印刷電路從板極延伸出來一直到電介質(zhì)板[20]的邊的附近，MOSFET的電極和二極管就連接在它們上面。這一點(diǎn)在下面的圖4中將加以充分的說明。在本最佳實(shí)施例中，包括電阻器[68]至[92]的門電路也被安排在印刷電路板[20]上的板極[24]和[26]的四周。
電容器[28]、[30]、[32]中的每一個(gè)都最好是特制作的，以便使其具有很低的、固有的內(nèi)電阻(有效串聯(lián)電阻)和很低的、固有的內(nèi)電感(有效串聯(lián)電感)。這種有效的內(nèi)部串聯(lián)電阻可以只有18毫歐姆。每個(gè)電容器可以具有5500微法左右的額定電容。
散熱片總線[39]的下面可以稱為“公共散熱支撐結(jié)構(gòu)”。這種散熱片總線[39]最好是由例如象鋁那樣的，具有良好的導(dǎo)熱性能的金屬構(gòu)成，它最好還包括一塊基板[118]，基板[118]上至少有兩個(gè)向上延伸的、并終止于上部邊的導(dǎo)軌。在圖1中僅僅只畫出了一個(gè)向上延伸的導(dǎo)軌[120]以便使該圖簡化。然而，在一個(gè)最佳的實(shí)施例中，還提供第二導(dǎo)軌，第二導(dǎo)軌包括另一個(gè)整套的MOSFET[40]至[62]和二極管[108]至[112]，它們分別以并聯(lián)的形式與圖1中所示的MOSFET和二極管構(gòu)成電連接。在第二導(dǎo)軌上的MOSFET和二極管也是一組一組地排列，其中的二極管散布在MOSFET之中以便于電流的傳送。
MOSFET和二極管的外殼最好是固定在靠近上部的導(dǎo)軌的邊上的散熱片總線[39]的導(dǎo)軌上以便把從這些器件到印刷電路板[20]的導(dǎo)體的長度降低到最低程度。它們的實(shí)際尺寸在圖2和圖3已經(jīng)畫出得比較清楚了，我們將可以從中得到一個(gè)較為完整的理解。
馬達(dá)的速度通過調(diào)整變阻器[122]可以手動地加以控制。速度控制變阻器[122]最好是由踏板來加以控制，從而使控制速度的動作能夠大體上與控制汽車加速踏板的動作相一致。因此，變阻器[122]在下文中一般將稱之為踏板速度控制變阻器。這種踏板速度控制變阻器[122]連接在[123]上以便向控制電路提供輸入信號。
為了在勵磁換向開關(guān)[16]使馬達(dá)激勵繞組[14]換向而出現(xiàn)所謂反接制動時(shí)防止控制器受到破壞，用一個(gè)反向連接的二極管[124]與驅(qū)動馬達(dá)的電樞[12]并聯(lián)以便從續(xù)流二極管[108]至[112]取走電流。二極管[124]兩端的電壓可以從控制電路[64]的兩根接線[126]和[127]上測得。當(dāng)反接制動開始時(shí)，二極管[124]兩端的電壓改變極性。
圖2是圖1中所示的設(shè)備的實(shí)施例的機(jī)械圖的側(cè)視圖，它更清楚地表達(dá)了本發(fā)明的最佳實(shí)施例中的機(jī)械關(guān)系和機(jī)械連接。
在圖2中功率MOSFET[40]至[62]和二極管[108]、[110]、[112]的相對位置與圖1相同。然而，如圖2所示，這些器件中的每一個(gè)都在一外殼之中，而這些外殼又分別借助于如[128]處所示的螺桿與散熱片總線[39]上的導(dǎo)軌構(gòu)成緊密的機(jī)械連接和電氣連接。在導(dǎo)軌[120]中有螺紋孔以便容納這些蜾桿[128]。借助于導(dǎo)軌[120]和散熱片[39]之間的這些機(jī)械和電氣連接，使這些器件的內(nèi)部所產(chǎn)生的熱被傳送到散熱片上。
圖1中的電容器[28]、[30]和[32]都支撐在導(dǎo)軌[120]后面的印刷電路板[20]上，這在圖3的后視圖中可以看得更為清楚，這一點(diǎn)我們將在下面加以更加清楚的表達(dá)。在最佳實(shí)施例中，實(shí)際上除了電容器[28]、[30]和[32]之外還有第四個(gè)電容器[33]。上述第四個(gè)電容器在圖2和圖3中都畫出來了。
圖中1中來自于馬達(dá)的接線[38]在圖2中畫成了一個(gè)塊大的電氣連接導(dǎo)體，它通過螺紋緊固件牢固地連接在散熱片總線[39]上。與此相類似，圖1中蓄電池負(fù)極的連接件[36]在圖2中被畫成是由重的連接條，該導(dǎo)電連接條在上部極板[24]的一相當(dāng)大的一塊面積上與上部極板形成機(jī)械和電氣接觸，并通過一個(gè)螺桿固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，這種螺桿圖2中沒有畫出，但是它穿過印刷電路板[20]，并適當(dāng)?shù)嘏c板極[26]絕緣。圖1中的板極[24]和[26]是如此之薄以至于在圖2的印刷電路板的側(cè)視圖上很難將它們互相加以分開。
正如在圖2中的[132]處所表示的那樣，功率MOSFET[40]至[62]的所有的柵極接線和源極接線都向上伸到印刷電路板[20]上。功率MOSFET的柵極的柵極電路也就基本上都包含在印刷電路板[20]的周邊之中，而這些柵極電路的隔離電阻器[68]至[94]則在如[134]處加以概括性地表示的那樣固定和連接在印刷電路板[20]的下部。
如印刷電路板[30]的頂部[136]和[138]處所示的連接引腳一共有六個(gè)。它們是用來與第二塊印刷電路板連接的電氣連接引腳，第二塊印刷電路板含有圖1中的控制電路[64]的線路。上述控制電路板在圖2中沒有示出。
圖3是一個(gè)機(jī)械示意圖的端視圖，圖中畫示了圖2中所示結(jié)構(gòu)的左端，但它畫出了本發(fā)明的最佳實(shí)施例的完整的裝配圖。包括一個(gè)外殼[140]和一個(gè)控制電路板[64A]。正如[142]處所表示的那樣，控制電路板插在凸緣[118]的邊部的槽中?？刂瓢宓纳隙送ㄟ^連接引腳[136]和[138]與印刷電路板[20]形成電氣和機(jī)械連接。這種引腳穿過板延伸出去并焊接在電路板[64A]上?？刂齐娐钒逯械慕^大部分電路元件都是如同[144]處所示的那樣安裝在電路板的右邊。
如在圖3中所示，散熱片總線[39]最好包括第二個(gè)垂直延伸的導(dǎo)軌[146]，正如在[148]處所表示的那樣，導(dǎo)軌[146]支撐整套完全重復(fù)的功率MOSFET和二極管。此外，還具有另一個(gè)凸緣[150]，從而使散熱片總線[39]的右邊與左邊大體上平衡。也如圖3所示，象電容器[33]之類的電容器是安裝在導(dǎo)軌[120]和[146]之間的空間中的。
正如在圖3中特別加以表示的那樣，從功率MOSFET和二極管到印刷電路板[20]的引線是相當(dāng)短的。這一點(diǎn)在圖3的[132]和[152]處已表示出來了。這種短的引線對于使電感和感應(yīng)電壓保持低值是非常重要的。來自功率MOSFET和二極管的電氣引線是將印刷電路板[20]連接并固定在散熱片總線[39]上的主要裝置。因此散熱片總線[39]也用作為設(shè)備的主機(jī)構(gòu)架。含有法蘭(凸緣)[118]和[150]的散熱片總線[39]的底板最好是通過螺紋緊固件固定在外殼[140]的底部，然后把外殼[140]連接在由控制系統(tǒng)控制的設(shè)備上。
蓄電池電源通過總線連接件[34]連接到印刷電路板的下面的板極[26]上，連接部件[34]固定在板[20]的上面，但是通過絕緣部件[154]與板[24]絕緣。通過固定在板[20]下面的導(dǎo)電螺桿[156]，使電氣連接線連接到板極[26]。
一互連線[37A]把連接器[34]連接到反向轉(zhuǎn)矩檢測二極管[124]上，該二極管通過一連接棒[35]安裝在導(dǎo)軌[146]上，但它通過絕緣件[158]與導(dǎo)軌絕緣。一來自連接棒[35]的連接導(dǎo)線[127A]把反接制動反向馬達(dá)轉(zhuǎn)矩信號傳送到電路板[20]上，從而最后傳遞到控制電路[64]。
圖4是電路板[20]的頂視圖，該圖表示出這種電路板的總的布局。一些已經(jīng)在圖2和圖3畫過的其它部件在圖4中畫成部分剖視圖的形式(虛線)以便能表示出這些部件和板[20]之間的關(guān)系。
如圖4所示，板[20]的上部板極[24]并不一直延伸到板的邊緣。如[161]處所示，在板的邊緣部分有上部板極[24]的短延伸線以便將所有的功率MOSFET的源極連接到上部板極[24]上。功率MOSFET的源極的終端穿過板和焊接在延伸線[161]上。
對圖4的板[20]中的邊緣處的另一些電路特征還沒有打算完整地或精確地加以畫出，但確實(shí)一般性地指出了在板的這部分邊緣處及板的兩側(cè)的其他電路連接線。正如先前所述及的那樣，功率MOSFET的柵極控制電路就是包含在這些區(qū)域中的。沿著板[20]的中心線，在[163]處示出了上部極板[24]和電容器[28]，[30]，[32]和[33]的連接線。電容器[28]，[30]，[32]，[32]的另一個(gè)電極和下部板極[26]之間也有類似的連接線，如圖中[165]所示。為了和板[20]形成更好的機(jī)械連接，在[165]處的終端連接線是穿過板的并被焊接在板的頂部而不與上部極板[24]形成電氣接觸。
圖5是控制電路[64]的簡化了的電路方框示意圖。在控制電路[64]所包括的電路布線畫在一用點(diǎn)線環(huán)繞起來的方框中。向控制電路[64]提供輸入的電路元件畫在附圖的左部邊緣，連接點(diǎn)[66]處的MOSFET輸出開關(guān)信號畫在附圖的右部邊緣。
為了正確的理解圖5，再次畫出了一些圖1中的元件，例如鍵開關(guān)[100]，速度控制電位器[122]和反接制動二極管[124]。在最佳實(shí)施例中，在[102]處來自鍵開關(guān)[100]的輸入信號啟動電源電路[160]，該電源電路向控制系統(tǒng)的不同部份提供三種不同的電壓。圖中已經(jīng)標(biāo)明這些電壓值為+14，+7和+3。這些都是額定電壓值在最佳實(shí)施例中，+14實(shí)際上是14.4伏，+7實(shí)際上是+7.2伏。在本圖中，單單一個(gè)，“+”號表示接到在圖1中的蓄電池的正極。盡管在圖5中沒有畫出接觸器[18]，但是我們應(yīng)該理解只有在接觸器閉合之后，電源[160]才能完全啟動。
整個(gè)控制系統(tǒng)可適合于在不同的電壓條件下工作。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，控制系統(tǒng)能夠在24伏的電壓下運(yùn)行，也可以在36伏的電壓條件下運(yùn)行。電源電路[160]最好包括一個(gè)電壓限止元件，例如齊納二極管或集成電路調(diào)壓器，這種元件能將電源電路的電壓降到或調(diào)整到最高電壓值不超過14.4伏。
控制電路[64]包括一踏板集成電路[162]，這種電路從接線[123]上接受來自踏板電位器控制電路[122]的電壓并在接線[164]處輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓值。[164]處的電壓值被傳送到一反相放大器[166]，該放大器通過接線[168]提供輸出給比較放大器[170]。比較放大器[170]也同時(shí)通過接線[172]接受來自振蕩器[174]的信號。通過對[172]處來自振蕩器的電壓和在[168]處來自放大器[166]的電壓進(jìn)行比較來決定比較放大器[170]“接通”時(shí)間的長度。比較放大器的輸出通過接線[176]提供給兩個(gè)場效應(yīng)晶體管[178]和[180]的柵極，上述輸出對這兩個(gè)晶體管選通以便在接線[66]處提供一正向工作電壓，使功率MOSFET導(dǎo)通，或者在接線[66]處提供一負(fù)向工作電壓而使功率MOSFET截止。
通過上述電路對速度加以踏板控制的工作過程下面再作更加全面的描述。
該電路對踏板控制變阻器[122]作出響應(yīng)，在要求較高的速度時(shí)，踏板控制變阻器的電壓下降。在圖中用箭頭[182]指出了這一點(diǎn)。因此，在接點(diǎn)[123]處的電壓下降時(shí)，速度提高。此信號經(jīng)過踏板集成電路[162]流向接線[164]，在倒相放大器[166]中進(jìn)行倒相。放大器[166]的作用是把線路[164]處的速度控制信號與電容器[184]上的起動電壓信號進(jìn)行比較。為了使本系統(tǒng)能提供一個(gè)輸出，來自電容器[184]的起動信號必須處于一個(gè)預(yù)定的電平上。這種起動電壓信號受將在下文中進(jìn)一步加以討論的各種控制輸入的支配。
在接線[168]處的、來自放大器[166]的輸出，由電阻-電容濾波器[186]、[188]濾波。
圖6中的曲線說明了比較放大器[170]的工作情況。圖6中的曲線[172A]表示振蕩器[174]在[172]處的輸出。[168A]，[168B]，[168C]和[168D]表示出在接線[168]處可能出現(xiàn)的不同比較電平。在[168A]的電平處，不存在和振蕩器曲線[172A]相交的點(diǎn)。因此，MOSFET完全截止，不向馬達(dá)[12]提供任何電流。在[168B]的電平處，在振蕩器的每一周期循環(huán)中，在振蕩器曲線與電平線[168B]相重疊的區(qū)域范圍內(nèi)，將MOSFET導(dǎo)通一個(gè)短暫的時(shí)間。與此相類似，當(dāng)接線[168]處的電壓增加時(shí)，例如增加到電平線[168C]處時(shí)，MOSFET在每一用期循環(huán)中的導(dǎo)通間隔相應(yīng)增大。最后，當(dāng)電平處于[168D]或者更高的位置時(shí)，MOSFET連續(xù)導(dǎo)通而不間斷，向馬達(dá)[12]提供最大的電流，從而使馬達(dá)達(dá)到最大的速度。
正如由曲線[172A]的形狀所表明的那樣，最好將振蕩器制成具有非線性的雙斜率電壓波形以便使馬達(dá)的電壓和速度隨[168]處的控制電壓的變化而作非線性的增加。
比較器放大器[170]可以看作為是倒相的，這是因?yàn)閇168]處的電壓越高，[176]處的比較器放大器[170]的輸出變?yōu)樨?fù)值的時(shí)間就越長。然而，晶體管[178]是一P型場效應(yīng)晶體管，該晶體管由一個(gè)負(fù)的工作信號導(dǎo)通，而在輸出[66]處提供一個(gè)正的開關(guān)脈沖。相反，場效應(yīng)晶體管[180]是一個(gè)n型場效應(yīng)晶體管，則該晶體管由一個(gè)正向的信號導(dǎo)通，使[66]處的輸出電壓降低，從而使功率MOSFET截止。這種電壓降之所以發(fā)生，是因?yàn)榻?jīng)過一電阻器[190]把晶體管[180]的源極接地。與此相類似，由于經(jīng)過電阻器[192]把晶體管的源極連接到14伏的輸入上，P型場效應(yīng)晶體管[178]在導(dǎo)通線能提供正向電壓。
為了防止在本系統(tǒng)開始工作時(shí)對馬達(dá)[12]進(jìn)行不希望有的勵磁，在達(dá)到最初的啟動條件時(shí)或在這之后通過電阻器[194]把一個(gè)14伏的信號提供給接線[176]以便使場效應(yīng)晶體管[180]導(dǎo)通和使場效應(yīng)晶體管[178]截止。把電阻器[194]處的14伏的電壓信號稱為+14B以便使它區(qū)別于來自于電源[160]的+14伏電壓信號。借助于通過電阻器[104]對圖1中的電容器[28]、[30]。和[32]的預(yù)充電使得可在+14信號之前得到+14B信號。用于提供+14B信號的電路在圖5中沒有詳細(xì)地表示出來。
再回過來參見放大器[166]的輸入處的啟動電容器[184]，這個(gè)電容器的電平控制著通過功率MOSFET的電流。通過在控制電路上對電容器[184]的電壓進(jìn)行控制使MOSFET的電流自動調(diào)整，是本發(fā)明最重要的特征之一。這是由比較器放大器[196]和從輸入[200]到二極管[202]和[203]的接線實(shí)現(xiàn)的。功率MOSFET的一個(gè)特點(diǎn)是在導(dǎo)通期間漏極對源極的電壓是電流的正函數(shù)。因此，在功率MOSFET的源極和漏極之間的電壓降就可以用來量度流經(jīng)MOSFET的電流。對所有[40]至[62]的功率MOSFET公共源極接線與控制電路[64]中的地線相對應(yīng)。因此，輸入[200]處的信號，即公共的MOSFET漏極散熱片[39]處的公共的漏極電壓，可用以表示所希望的MOSFET電流。上述信號與限流參考電壓電路[204]的限流參考電壓在比較放大器[196]處相比較。限流參考電壓電路[204]所提供的參考電壓決定允許功率MOSFET提供的最大電流值。
雖然比較放大器[196]的反相輸入端[198]經(jīng)過電阻器[206]連接到+14伏，但當(dāng)MOSFET被一個(gè)限流禁止電路截止時(shí)，上述輸入端[198]通常保持較低的值，限流禁止電路由比較放大器[208]，電阻器[210]和[212]，電容器[214]和二極管[216]組成。每當(dāng)MOSFET控制輸出[66]處于低電平時(shí)，二極管[216]就導(dǎo)通，使比較器放大器[208]的非反相輸入處于低電平，從而使接線[198]也保持低值，以致沒有限流作用。但[66]處的功率MOSFET控制信號一上升，二極管[216]就截止，在由電容[214]和電阻[210]決定的一段時(shí)間間隔之后，比較器放大器[208]不再能保持電路接線[198]處于低電平。但是[198]上的電壓電平此時(shí)是由接線[200]處的現(xiàn)在是導(dǎo)通的公共MOSFET漏極[39]上的通過二極管[202]和[203]檢測到的電壓決定的。當(dāng)通過功率MOSFET的電流上升時(shí)，接線[200]上的電平上升，使得導(dǎo)線[198]上的電平也上升，使比較器放大器[196]的電壓輸出下降，于是電容器[184]上的電壓也下降。因此，比較器放大器[170]的工作周期限定到一個(gè)電平，使超過限定值的電流不能通過功率MOSFET。當(dāng)MOSFET不導(dǎo)通時(shí)，在MOSFET漏極上不能測量電流，這一點(diǎn)是很重要的，因?yàn)槁O對源極的電壓在這個(gè)時(shí)刻已不能作為電流的量度(不能用以量度電流的大小)。
電流控制的最重要的特征之一是，電流控制電路始終控制在由電路限定參考電壓[204]決定的同一電平上。因此，如果圖1所示的功率MOSFET40至62中有一個(gè)損壞，流經(jīng)其他MOSFET的電流不會增加，因?yàn)槁┮辉措妷罕３植蛔?。因此，系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏鳒p少，不管并聯(lián)的功率MOSFET是多少，也不管有幾個(gè)是正常工作著，每個(gè)功率MOSFET所傳遞的電流仍保持不變。實(shí)際上，如果功率MOSFET中之一損壞，那么就讓它燒掉，讓它在該功率MOSFET的漏極和源極之間形成一個(gè)開路。
如上所述，功率MOSFET的溫度-電阻系數(shù)是正的，為了使得限流控制特征更精確，電流限定電路由二極管[202]和[203]部分地補(bǔ)償MOSFET的正的溫度電阻系數(shù)。二極管[202]和[203]具有負(fù)的溫度電阻系數(shù)。
如上所述，為了從使放大器[166]提供一個(gè)輸出，電容184上的電壓必須提高，這樣才能有效地操作功率MOSFET。電容[184]上的電壓除了可以控制最大電流之外，還可用于其他控制的用途，例如，如果踏板發(fā)生故障，也就是說在接線123上形成開路(這個(gè)連接線是從踏板控制變阻器[122]接到集成電路板[162]的)，此時(shí)由于接線[123A]上也沒有正電壓結(jié)果使比較器放大器[218]的輸出下降，連接線[220]上電壓下降，且通過二極管[222]使電容[184]上的電壓下降。于是出現(xiàn)踏板故障時(shí)，控制電路[64]將不從接線[66]發(fā)出“導(dǎo)通”信號給功率MOSFET，驅(qū)動馬達(dá)也就停止轉(zhuǎn)動。
這個(gè)控制系統(tǒng)[64]還包括一個(gè)電路，此電路具有一個(gè)比較器放大器[224]，它通過濾波元件檢測接線[126]上的蓄電池電壓，檢查蓄電池電壓是否下降到電源電路[160]不能提供可靠的工作電壓去控制系統(tǒng)的程度。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，比較器放大器[224]提供一個(gè)負(fù)向輸出，通過接線[220]和二極管[222]限制電容[184]上的電壓從而限制系統(tǒng)進(jìn)一步的工作。比較器放大器[224]的限流作用導(dǎo)致工作周期的下降，從而阻止蓄電池電壓的進(jìn)一步的下降。在電壓不足檢測電路中，包括比較器放大器[224]在內(nèi)，對設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定最小額定電壓為24伏的系統(tǒng)，電壓不足檢測系統(tǒng)，包括比較放大器[224]在內(nèi)，最好調(diào)節(jié)到低于18伏時(shí)開始響應(yīng)。
在使用此系統(tǒng)中會出現(xiàn)的另一個(gè)問題是，當(dāng)加速踏板控制器[122]壓下時(shí)，使用者會試圖通過開關(guān)[100]去打開系統(tǒng)。這樣會導(dǎo)致突然起動并會造成行車事故。因此，提供了一個(gè)高踏板禁止電路，它包括一個(gè)比較器放大器[228]，[228]通過二極管[230]接受來自接線123的一個(gè)踏板信號。當(dāng)開關(guān)[100]打開時(shí)，如果踏板的起初位置是高速位置，那么如前所述，此高速位置產(chǎn)生一個(gè)來自接線[123]上的踏板的低電壓輸出。這樣一個(gè)低電壓將不能通過二極管[230]提供一個(gè)足夠的電流給比較器放大器，即不能使此放大器輸出電壓提高到允許將電容[184]充電到足以起動此系統(tǒng)的電平。如果比較器放大器[228]的輸出是低值，那么就會通過二極管[232]使連線[220]上的電壓下降。然而，如果踏板是處在一個(gè)合適地低速位置(高電壓)，那么在剛起動時(shí)，在比較器放大器[228]的非反向輸入端以及相應(yīng)的電容[234]上的電壓就會提高。使二極管[232]截止，允許在電容[184]上積聚電壓。
在描述圖1的電路時(shí)已經(jīng)說過，將圖1的開關(guān)[16]反向，控制系統(tǒng)就可以用于檢測馬達(dá)的反向轉(zhuǎn)矩情況。這個(gè)檢測是由檢測連線[126]和[127]上的兩極管[124]兩端電壓反向來實(shí)現(xiàn)。在圖5的左下角處示有二極管[214]和連線[126]、[127]。上述電壓反向是通過在比較器放大器[236]輸入端的中間濾波元件來檢測的。由此產(chǎn)生的輸出通過開關(guān)[238]送到電路[240]。電路[240]接到限流參考電壓電路[204]上，去改變該參考電壓電路的操作以降低功率MOSFET所能允許的電流量，這是很重要的，因?yàn)轳R達(dá)轉(zhuǎn)矩在這個(gè)反向轉(zhuǎn)矩連線上必須急劇下降，以防止車輪的剎車和實(shí)際上非控制的制動。同樣，控制系統(tǒng)的工作頻率也必須急劇下降。這是通過連接到振蕩器[174]來的接線[240]來實(shí)現(xiàn)的，[240]可以控制該振蕩器改變它的振蕩頻率，一般降低頻率的比率大約是10∶1。
舉例來說，在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，在正常的操作過程中，電流可被限制到275A。然而，在反接制動時(shí)，如果電流超過75A，馬達(dá)磁場便太強(qiáng)，產(chǎn)生很高的反向轉(zhuǎn)矩，制動就不在所希望的范圍內(nèi)。但是，因?yàn)镸OSFET和二極管的轉(zhuǎn)換速度有一定的限制，在15千赫的正常工作頻率時(shí)這個(gè)系統(tǒng)的最小工作周期大約是10%左右。這仍然產(chǎn)生太大的反向轉(zhuǎn)矩。因此，通過降低該工作頻率至大約10∶1之比率，可降低這最小工作周期至大約1%，這就落在所需要的范圍之內(nèi)了。降低該系統(tǒng)的操作頻率至10∶1之比率，使工作頻率降至聽得見的音頻范圍。但是因?yàn)殡娏鞯慕档褪菃螁瓮ㄟ^馬達(dá)磁場來進(jìn)行控制的，所以斬波頻率的聲音很小，只是隱約可聞。
如果操作人確實(shí)希望使車輛的運(yùn)動方向反向，該控制系統(tǒng)在車輛停住后回復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)操作狀態(tài)，并把車子的方向反轉(zhuǎn)，車輛此后不再處于反接制動狀態(tài)。在別的地方，此操作規(guī)程指的是把馬達(dá)的轉(zhuǎn)動力矩反轉(zhuǎn)。應(yīng)該明白，此反向轉(zhuǎn)矩指的是與車輛當(dāng)前運(yùn)動相反的轉(zhuǎn)矩的反向而不是從停止的位置把轉(zhuǎn)矩反向而使車輛反方向行駛。
另一方面，如果馬達(dá)轉(zhuǎn)矩被馬達(dá)磁場的反轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)也有可能只希望通過截止功率MOSFET來防止反接制動，并且允許車輛以慣性滑行而停止。如果選擇了這個(gè)操作，開關(guān)[238]便放到另外的位置，由此而在導(dǎo)線[242]上提供了一個(gè)負(fù)向工作信號，這個(gè)信號同比較器放大器[228]的高踏板禁止電路的操作方式一樣，通過二極管[232]和[222]來降低啟動電容[184]的電荷。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例的另一個(gè)特征是高溫限流。系統(tǒng)的溫度由一個(gè)畫在圖5的右下角的熱敏電阻[224]來監(jiān)測。當(dāng)達(dá)到一個(gè)超過額定溫度的狀態(tài)時(shí)，熱敏電阻[224]的電阻下降，在連線[246]上提供一個(gè)信號，該信號控制比較器放大器[248](的狀態(tài))、比較器放大器[248]隨之通過[250]提供一個(gè)信號給限流參考電路[204]來改變該參改電路的操作，以降低限流值(電流的限止值)，從而阻止發(fā)生進(jìn)一步的過熱。在一個(gè)[275A]的系統(tǒng)中，該電源可被限定至100安培。
權(quán)利要求
1.一種用于直流牽引馬達(dá)的電子斬波器控制系統(tǒng)本發(fā)明的特征在于，這種系統(tǒng)具有多個(gè)并行聯(lián)接的功率場效應(yīng)晶體管[40-62]，將每個(gè)晶體管安排成以串聯(lián)的方式與牽引馬達(dá)相連接；一連接在上述場效應(yīng)晶體管[40-62]的柵極上的公用控制電路，該電路是用來控制上述場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通的導(dǎo)通一截止周期的；多個(gè)并行聯(lián)接的功率二極管[108、110、112]，將每個(gè)二極管安排成以并聯(lián)的方式與牽引馬達(dá)[12]反向連接以便使其用作為續(xù)流二極管；上述二極管[108、110、112]在結(jié)構(gòu)上是以互相分開的形式加以安置的并散布在上述場效應(yīng)二極管[40-62]之中的位置中，每個(gè)二極管[108、110、112]都是以類似的方式加以安置的，即都和一組相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管[40-62]組合在一起以便于二極管和相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管之間的電流傳送。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，它還有一電容器結(jié)構(gòu)[24-32]跨接在直流電源[10]的兩端，該電容結(jié)構(gòu)具有足以處理總的波紋電流的總電容，該波紋電流相當(dāng)于以斬波器的工作頻率經(jīng)過本系統(tǒng)的平均電流中的相當(dāng)大的百分比，而電容器上的電壓的變化小到可以忽略不計(jì)因此能與直流電源[10]結(jié)合在一起提供一串聯(lián)阻抗可以忽略不計(jì)的表觀直流電源。
3.據(jù)權(quán)利要求
2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，它還具有一塊印刷電路板[20]，上述電容器結(jié)構(gòu)[24-32]包括處于上述印刷電路板[20]的兩側(cè)上的兩個(gè)板極[24-26]，上述電容器結(jié)構(gòu)覆蓋了上述印刷電路板中的相當(dāng)大一部分面積，上述板極[24-26]在該區(qū)域中基本上面積相同，上述板極[24-26]的每一個(gè)都包括由板極的邊向外作短距離延伸的印刷電路的延伸線[161]，該延伸線用于把上述電極中的一個(gè)連接到上述二極管[108、110、112]上和用于把上述電極中的另一個(gè)連接到上述場效應(yīng)晶體管[40-62]上。
4.據(jù)權(quán)利要求
3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，上述電容器結(jié)構(gòu)[24-32]包括多個(gè)高電容、低電阻和低電感的電容器[28，30，32]，這些電容器以并聯(lián)的形式跨接在上述板極上。
5.據(jù)權(quán)利要求
4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，上述電容器[28、30、32]是散布在(就上述板極[24、26]來說)的適當(dāng)位置處。
6.據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，上述場效應(yīng)晶體管[40-62]中的每一個(gè)都包含一個(gè)與一個(gè)場效應(yīng)晶體管的負(fù)載的導(dǎo)電終端構(gòu)成電氣連接的外殼，一個(gè)公用的散熱片支撐結(jié)構(gòu)[39]以公用的形式與上述功率場效應(yīng)晶體管[40-62]中的所有的晶體管的外殼構(gòu)成電氣和機(jī)械連接，上述散熱片支撐結(jié)構(gòu)[39]包含一位于上述功率場效應(yīng)晶體管[40-62]的終端與終端之間的公用電氣接線，后者與場效應(yīng)晶體管外殼相連，上述二極管[108、110、112]中的每一個(gè)的終端都接在上述二極管的外殼上，每個(gè)二極管的外殼與上述散熱片結(jié)構(gòu)[39]構(gòu)成有形的電氣連接。
7.據(jù)權(quán)利要求
6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，上述公共的散熱片支撐結(jié)構(gòu)[39]進(jìn)一步包括一個(gè)導(dǎo)熱金屬制的基板[118]，上述基板包括至少兩個(gè)向上延伸的導(dǎo)軌[120，146]，導(dǎo)軌終止于上部邊，上述場效應(yīng)晶體管[40-62]的上述外殼和上述二極管的上述外殼[108、110、112]在上述導(dǎo)軌的上部邊緣處與至少一個(gè)導(dǎo)軌相連接。
8.據(jù)權(quán)利要求
7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，通過上述場效應(yīng)晶體管[40-62]的柵極作機(jī)械和電氣連接的接線[132]，通過與上述每一個(gè)場效應(yīng)晶體管[40-62]中的另一個(gè)負(fù)載導(dǎo)電終端作機(jī)械和電氣連接的接線以及通過與上述續(xù)流二極管[108、110、112]中的另一個(gè)電極作機(jī)械和電氣連接的接線，使上述印刷電路極[20]機(jī)械地支撐和連接在上述控制系統(tǒng)的其余部分。
9.據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一個(gè)用于決定斬波頻率的振蕩電路[124，236]，一個(gè)用于在馬達(dá)固接成反向而引起反接制動時(shí)進(jìn)行檢測的反接制動檢測裝置，一個(gè)對上述反接制動檢測電路裝置作出響應(yīng)的頻率開關(guān)電路裝置[238，240]，該裝置還連接在上述振蕩電路[174]上以便在反接制動期間使上述振蕩電路的工作頻率大大減少。
10.據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)還有一個(gè)用于監(jiān)控直流電源[10]的電壓的電路裝置[224]，該電路裝置與上述控制系統(tǒng)相連接，當(dāng)直流電源[10]的電壓下降到一個(gè)預(yù)定的最低值時(shí)，上述電壓監(jiān)控電路裝置[224]可用于按控制系統(tǒng)所決定的要求來限止工作循環(huán)，以保證避免由于低壓條件而使系統(tǒng)操作不可靠。
11.據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，上述系統(tǒng)安排成與一個(gè)可調(diào)的速度控制裝置[122]相連，該裝置可以產(chǎn)生隨調(diào)整量變化的電壓，本系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一電壓比較器電路[166]和一參考電壓電路[184]，后者可為上述電壓比較器電路[166]提供一基準(zhǔn)電壓(參考電壓)，電路裝置[123，162]連接得并安排成可以從上述可調(diào)的速度控制裝置[122]取出一電壓傳送到上述比較器電路[166]以便根據(jù)上述電壓參考電路(在184處)的電壓和來自于上述比較器電路[166]在上述速度控制裝置之間的電壓差(在168處)來決定一個(gè)控制速度。
12.據(jù)權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)開路故障檢測裝置[218]，當(dāng)從上述可調(diào)的速度控制裝置[122]到上述電壓比較器電路[166]之間的接線中出現(xiàn)開路故障時(shí)，它可以測出，上述開路故障檢測裝置[218]在[222]是與上述電壓參考電路相連接的，它能使上述電壓參考電路[184]不工作從而使上述控制系統(tǒng)不工作以便在出現(xiàn)故障時(shí)防止?fàn)恳R達(dá)通電。
13.據(jù)權(quán)利要求
11或12中所述的控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括一高速控制禁止電路[228，230]，該電路連接在[123]處以便對來自上述可調(diào)的速度控制裝置[122]的電壓進(jìn)行檢測，在上述高速控制禁止電路輸出和上述參考電壓電路[184]之間的接線[232，222]，上述禁止電路[228，230]在控制系統(tǒng)開始時(shí)檢測到一起始高速位置時(shí)可以使參考電壓電路[184]不工作，從而進(jìn)一步使上述控制系統(tǒng)不工作以便在把可調(diào)的速度控制裝置[122]調(diào)整到一個(gè)低速位置之前防止?fàn)恳R達(dá)[12]的通電。
14.據(jù)權(quán)利要求
13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于還包括反相馬達(dá)勵磁檢測電路[124，236]，該電路可以在使馬達(dá)停轉(zhuǎn)之前檢測到馬達(dá)勵磁接線的反向，從上述反相馬達(dá)勵磁檢測電路[124，236]到上述參考電壓電路[184]之間的接線[238、242、232、222]，上述反相馬達(dá)勵磁檢測電路[124，236]經(jīng)過上述最后提到的接線[238、242、232、222]在檢測到反相馬達(dá)磁場時(shí)使上述參考電壓電路[184]不工作，并進(jìn)一步使上述控制系統(tǒng)不工作，以便在牽引馬達(dá)和相應(yīng)的機(jī)動車輛停下來之前防止帶有反相磁場的牽引馬達(dá)進(jìn)一步勵磁。
15.據(jù)權(quán)利要求
13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括一限流參考電壓電路[204]，該電路用于產(chǎn)生一個(gè)與所希望的電流限止相對應(yīng)的電壓，用于檢測上述功率MOSFET[40-60]的漏極對源極的電壓以作為在MOSFET導(dǎo)通期間決定由上述功率MOSFET[40-62]傳導(dǎo)的電流的基礎(chǔ)的電路裝置[202、203、208、216]，用于對來自上述限流參考電壓電路[204]的電壓和上述MOSFET(在198處)的漏極對源極之間的電壓進(jìn)行比較以作為將來自上述電壓參考電路[184]的上述參考電壓限止到一個(gè)與所希望的最大電流值相對應(yīng)的值的裝置[196]。
專利摘要
本系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)的功率場效應(yīng)晶體管，這些場效應(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效應(yīng)晶體管的柵極相連接以控制場效應(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并散布在場效應(yīng)晶體管的適當(dāng)位置處，每個(gè)二極管均以類似的方法與一組相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管安置在一起以便于在二極管和相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管之間的電流的傳送。
文檔編號H02P7/29GK86105486SQ86105486
公開日1987年3月11日 申請日期1986年8月25日
發(fā)明者斯蒂芬·F·帕斯特 申請人:柯蒂斯儀器公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan