專利名稱：用于補償轉(zhuǎn)矩下降的電換向直流馬達(dá)的馬達(dá)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬達(dá)控制器，它具有連接至馬達(dá)的繞組的電換向系統(tǒng)，從換向瞬間開始，一個預(yù)定的附加電流被連接至在該時刻運行的馬達(dá)的那一線圈上，以防止轉(zhuǎn)矩的下降。
US-4,511,827披露了一種控制器，它驅(qū)動一個電換向馬達(dá)而使得轉(zhuǎn)矩波動被抑制。該設(shè)備在這種情況中包括一個傳感器，用于確定轉(zhuǎn)子的位置，換句話說即換向瞬間，以及一個控制器處理該信號，這樣從換向瞬間起相應(yīng)的線圈供給有附加電流，以防止轉(zhuǎn)矩下降。
然而，已發(fā)現(xiàn)在已知的解決方案的情況下，提供一個預(yù)定電流給線圈僅僅在特定馬達(dá)電流范圍內(nèi)補償轉(zhuǎn)矩的下降。然而，例如，在一個視頻錄象機(jī)中，已知方法不能提供令人滿意的結(jié)果，因為在一種操作模式中(例如播放或慢放)，電流可能非常不同，因為在例如不同的溫度或磁帶盒的情況下具有不同的機(jī)械負(fù)載。
本發(fā)明的目的是提供一種馬達(dá)控制器，即使在不同的馬達(dá)負(fù)載情況下也能避免轉(zhuǎn)矩下降。
通過本發(fā)明的下述特征能達(dá)到該目的。用于電換向DC馬達(dá)的馬達(dá)控制器，其中為了防止轉(zhuǎn)矩下降，自換向瞬間起將一個附加電流和/或電壓連接到正運行的馬達(dá)繞組，其特征在于附加電流和/或電壓脈沖的持續(xù)時間和/或幅度由馬達(dá)的負(fù)載導(dǎo)出。本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)設(shè)計在從屬權(quán)利要求中說明。
根據(jù)本發(fā)明，在電換向DC馬達(dá)的馬達(dá)控制器的情況中，一個附加電流被連接到運行中的線圈上，從換向瞬間開始，為了防止轉(zhuǎn)矩下降，附加電流脈沖的持續(xù)期間和/或振幅作為馬達(dá)負(fù)載的函數(shù)來確定。換句話說附加電流脈沖的持續(xù)時間和/或振幅為可變的并根據(jù)馬達(dá)上的負(fù)載所確定，不言而喻，附加電流脈沖越長(越大)，馬達(dá)負(fù)載越高。
這有益地導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩下降被自動地并最適當(dāng)?shù)氐玫窖a償，而不考慮馬達(dá)間的生成物擴(kuò)散，溫度范圍及老化程度。
按照本發(fā)明的馬達(dá)控制器通常使用控制脈沖的所謂脈寬調(diào)制(CPWM或PWM)方法控制馬達(dá)。馬達(dá)控制器的PWM信號在附加電流持續(xù)時間內(nèi)被保持在“1”。開始施加附加電流的換向瞬間由一個傳感器來確定。
馬達(dá)負(fù)載是由吸入的馬達(dá)電流確定的，可以用例如，測量電阻的方法確定馬達(dá)的電流，該電阻連在馬達(dá)的電路中，或根據(jù)PWM信號的脈沖持續(xù)時間與脈沖間歇的比率來確定馬達(dá)的電流。
此外，按照本發(fā)明的控制器可含有一個積分器，它依照CPWM信號的占空率產(chǎn)生一控制信號(S)。CPWM控制信號的積分的開始也是由換向信號的產(chǎn)生而引起的。
該控制器的優(yōu)點為有一個觸發(fā)器，它的Q輸出端通過一個“或”門被連至CPWM控制信號，因而在換向信號出現(xiàn)時Q輸出端被切換為邏輯“1”，當(dāng)控制信號與參考電壓相等時，觸發(fā)器的Q輸出端重新復(fù)位。最好是借助于一個差分放大器來執(zhí)行參考電壓與控制信號的比較。這也會導(dǎo)致CPWM信號的積分的結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例將在下文中參照


，附圖中圖1示出按照本發(fā)明的馬達(dá)控制器的補償部分的電路圖。
圖2a和2b示出用于控制用途所需的輸入和輸出信號的時序圖，和圖3a和3b示出分別為沒有補償及使用補償?shù)碾姄Q向馬達(dá)的波形圖。
圖1所示的邏輯電路用于電換向馬達(dá)在數(shù)字化驅(qū)動時轉(zhuǎn)矩下降的補償。數(shù)字馬達(dá)控制信號CPWM，其中的馬達(dá)負(fù)載可由占空率得到，被送至補償電路1的輸入端?？刂菩盘朣借助于積分器2由該信號CPWM導(dǎo)出。積分器2最好包括3個串聯(lián)電阻R1、R2和R3，以及兩個電容器C1和C2，C1被設(shè)置在地(參考地電位)與R1和R2的節(jié)點之間，C2被設(shè)置在地與R2和R3節(jié)點之間，而且在C2上形成控制信號S。用于控制馬達(dá)的控制信號CPWM(未示出)被送至一個“或”門3的輸入端，因而PWM控制信號出現(xiàn)在“或”門3的輸出端并提供到PWM電源級(同樣未示出)，以便在各自的馬達(dá)繞組或線圈中提供馬達(dá)電流。
由積分器2產(chǎn)生的控制信號S被送至一個差分放大器的反相輸入端，它被設(shè)計為一個比較器4并且其非反相輸入端施加有參考電壓UREF，該參考電壓URFF通過一個由電阻R4、R5組成的分壓器來定義。比較器4的輸出被送至觸發(fā)器5的復(fù)位輸入端，它由一個D觸發(fā)器形成。觸發(fā)器5的D輸入是可由例如，一個工作電壓Ub導(dǎo)出的正電位。馬達(dá)驅(qū)動器的換向信號I的存在通過時鐘輸入端激勵觸發(fā)器5，使得邏輯“1”出現(xiàn)在Q輸出端。觸發(fā)器5的Q輸出被傳送至“或”門3的另一輸入端。由于借助于該“或”門電路被連接至Q輸出端的CPWM信號，電源級的PWM信號結(jié)果保持在邏輯“1”或在“高”電平，所以一個附加電流被提供給馬達(dá)的繞組。觸發(fā)器5的Q輸出保持在邏輯“1”直到邏輯“1”出現(xiàn)在比較器4的輸出端，因此通過觸發(fā)器5的復(fù)位輸入端R該觸發(fā)器被復(fù)位，結(jié)果一個邏輯“0”顯現(xiàn)在Q輸出端或Q輸出保持在“低”電平。一個NPN三極管T被連接在比較器4的反相輸入端(控制信號S)與觸發(fā)器5的Q輸出端之間，因而它的基極通過一個電阻R6被連至Q輸出端。三極管T的發(fā)射極處于工作電壓Ub的正電位上，通過一個電阻R7被連接至基極，同時三極管T的集電極被連至比較器4的反相輸入端。當(dāng)觸發(fā)器5的Q輸出轉(zhuǎn)換到邏輯“1”時，三極管T被轉(zhuǎn)換為關(guān)斷狀態(tài)，同時在觸發(fā)器5的Q輸出端的邏輯“0”打開三極管T，或使其導(dǎo)通。
三極管T因此作為一個電子開關(guān)，通過它可將在其上形成控制信號S的電容器C2充電至工作電壓的正電位，這根據(jù)在觸發(fā)器5的Q輸出端的邏輯信號狀態(tài)而決定，或當(dāng)Q輸出端被轉(zhuǎn)換至邏輯“0”或“低”電平時，作為通過電阻R1連續(xù)提供的CPWM信號的連續(xù)積分的結(jié)果，可將其放電至電容器C1上得到的電位。電容器C2的放電時間常數(shù)在這種情況中主要由電阻R3和電阻R4構(gòu)成的并聯(lián)電路所決定，電阻R2與用來放電的電容器C1形成一個串聯(lián)電路。電容器C2的充電時間常數(shù)由通過導(dǎo)通的三極管T發(fā)射極與集電極路徑的電阻所確定。
圖2a和2b示出各種控制信號關(guān)于時間的波形。圖2a說明了當(dāng)馬達(dá)負(fù)載低的情況，圖2b說明了當(dāng)馬達(dá)負(fù)載高的情況。在圖2a中上方的時鐘波形表示出馬達(dá)控制信號CPWM，占空率相對較低。當(dāng)換向信號I出現(xiàn)時，觸發(fā)器5的Q輸出端轉(zhuǎn)換至“高”電平，使得三極管T被轉(zhuǎn)換為截止且確定控制信號S的產(chǎn)生開始。這意味著相應(yīng)于控制信號S的電容器C2上的電壓因而降低，直到觸發(fā)器5通過R輸入端被復(fù)位。這導(dǎo)致在“或”門3的輸出端產(chǎn)生較低時鐘波形，也就是說在電流控制信號S的持續(xù)時間內(nèi)“或”門3的輸出端是邏輯“1”，在當(dāng)前情況下它意味著與參考地電位相對應(yīng)的正電位，而邏輯“0”是例如，參考地電位。
圖2b示出與圖2a相似的情形，但是對于馬達(dá)控制信號CPWM有一個較高的占空率。由于馬達(dá)控制信號CPWM的占空率較高，與圖2a的情況相比較，電容器C1被充電至一較高的電壓。其結(jié)果是，使電容器C2放電更慢并且電流控制信號S的波形也持續(xù)更長的時間，則“或”門3的輸出端保持在邏輯“1”的時間周期明顯地更長。
圖3a示出未按照本發(fā)明補償轉(zhuǎn)矩下降的馬達(dá)繞組之一中的電流波形。上面部分圖解了換向瞬間狀態(tài)。下面部分顯示一個電流波形的時間函數(shù)。可以清楚地看出在換向瞬間電流波形中出現(xiàn)下降并因此也在馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩波形中產(chǎn)生下降。
與其相反，圖3b示出了為了防止轉(zhuǎn)矩下降已使用了電流和/或電壓補償?shù)鸟R達(dá)繞組之一中的電流波形。該電流波形以及由此使得馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩波形在換向瞬間近似為常數(shù)。
權(quán)利要求
1.用于電換向的DC馬達(dá)的馬達(dá)控制器，其中為了防止轉(zhuǎn)矩下降，自換向瞬間將一個附加電流和/或電壓連接到正運行的馬達(dá)繞組，其特征在于附加電流和/或電壓脈沖的持續(xù)時間和/或幅度由馬達(dá)的負(fù)載導(dǎo)出。
2.按照權(quán)利要求1的馬達(dá)控制器，其特征在于通過脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動馬達(dá)。
3.按照權(quán)利要求2的馬達(dá)控制器，其特征在于在附加電流和/或電壓的持續(xù)時間內(nèi)PWM信號被保持在邏輯“1”。
4.按照前述權(quán)利要求之一的馬達(dá)控制器，其特征在于換向瞬間由一個傳感器確定。
5.按照前述權(quán)利要求之一的馬達(dá)控制器，其特征在于馬達(dá)負(fù)載由所得出的馬達(dá)電流來確定。
6.按照權(quán)利要求5的馬達(dá)控制器，其特征在于馬達(dá)的電流用一個在馬達(dá)電路中的測量電阻來確定。
7.按照權(quán)利要求4的馬達(dá)控制器，其特征在于馬達(dá)的電流是由在PWM信號中的脈沖持續(xù)時間與脈沖間歇的比率和/或由馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度所確定。
8.按照權(quán)利要求7的馬達(dá)控制器，其特征在于控制器具有一個積分器(2)，用于根據(jù)PWM信號的占空率產(chǎn)生一個控制信號(S)。
9.按照權(quán)利要求8的馬達(dá)控制器，其特征在于控制器此外有一個觸發(fā)器(5)，它的Q輸出連同PWM控制信號一起構(gòu)成一個“或”門的輸入，因而在換向信號(I)到達(dá)時Q輸出被轉(zhuǎn)換至邏輯“1”，而且當(dāng)控制信號(S)與一個參考電壓(UREF)相一致時，Q輸出重新被復(fù)位。
10.按照權(quán)利要求9的馬達(dá)控制器，其特征在于參考電壓(UREF)和控制信號(S)間的比較由一個差分放大器(4)完成。
全文摘要
在電換向的DC馬達(dá)的情況下，一個附加電流和/或一個附加電壓在換向瞬間被傳送至在該時刻運行的馬達(dá)繞組，用以防止轉(zhuǎn)矩下降。為了在不同的馬達(dá)負(fù)載下補償轉(zhuǎn)矩下降，附加電流和/或電壓的持續(xù)時間和/或振幅由實際的馬達(dá)負(fù)載來確定。
文檔編號H02P6/08GK1155781SQ96112050
公開日1997年7月30日 申請日期1996年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月10日
發(fā)明者岡特·格萊姆, 赫爾曼·林克 申請人:德國湯姆遜-布朗特公司