固态直流马达控制器制造技术

本系统包括多个并联的功率场效应晶体管，这些场效应晶体管与牵引马达串联连接，有一个公共的控制电路与场效应晶体管的栅极相连接以控制场效应晶体管的导通－－截止周期．多个并联的功率二极管安排或以并联的形式与牵引马达反相连接以便将其用作续流二极管．二极管在布局上互相分开并散布在场效应晶体管的适当位置处，每个二极管均以类似的方法与一组相应的场效应晶体管安置在一起以便于在二极管和相应的场效应晶体管之间的电流的传送．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对由蓄电池作动力的交通工具的牵引马达的速度的控制特别有用的直流马达控制系统。目前用蓄电池作动力的直流牵引马达往往采用硅可控整流器作为“电流斩波”（以下称SCR）控制器件以提供周期性的导通-截止控制，从而通过改变“导通”间隔的总的平均持续时间来改变驱动马达的电流和速度。在这种方式中，对所谓的工作周期进行调整。这种SCR控制在很多方面都是非常令人满意的。然而，这种SCR控制也确实有种种问题，包括相当昂贵的成本，相当大的能量损耗，相当大的尺寸和重量。最近进入固体开关领域中的一个有价值的成员是诸如MOSFET的功率场效应晶体管。MOSFET是金属氧化物半导体场效应晶体管，这种场效应晶体管的优点是开关具有非常高的（接近于无限大的）输入阻抗，非常快速的开关时间，正的电阻温度系数和特别低廉的成本。由于正电阻温度系数提供一定程度的自动负载分配（平均分担负载），所以电阻的正温度系数对多个MOSFET的并联运行是非常有利的。MOSFET具有不同的电压额定值。电压额定值越高，MOSFET的内部电阻就越大，而能由MOSFET以安全的功率耗散速率来处理的电流就越小。因此，从经济上或从避免不必要的功率耗散这两方面考虑，最好是采用具有尽可能低的电压额定值的MOSFET。不幸的是，MOSFET不仅必须控制工作电压，而且还必须控-->制由MOSFET的开关所引起的瞬变电压峰值。这些瞬变电压特别是在MOSFET截止时出现的。这一点意味着MOSFET的电压额定值必须是比电源电压的最大值高一些。这一点还意味着最好要采取措施来限止开关期间的瞬变电压的峰值。先有技术中的控制器的另一个不足之处是转换频率一般是处于声频范围内，例如有时是处于2000赫芝。这一点在系统的转换期间导致明显的听得到的音频的产生。已发现将转换频率设置在例如15，000赫这样一个较高的水平上是能令人满意的，该频率在大多数人的听觉的频率上限的阈值之上。而且，当频率达到这样的水平时，声音的振幅大幅度地衰减，以致于即使对于那些实际上能听到这种声音的人来说，音量也不是一个严重的问题。然而，当工作频率提高到15，000赫芝这样的高度时，MOSFET的转换速度一般来说应该高一些，但这又会导致较高的瞬变电压峰值。另一问题是：人们往往希望要对之进行控制的电动交通工具的蓄电池的电压是36伏而不是低于36伏。这也增加了必须由MOSFET加以处理的电压。此外，某些规格的交通工具，例如行李车或高尔夫车，马达的电流很可能高得多，例如高达400安培。因而，本专利技术的目的是提供一种经过改进的固态直流马达控制器，这种控制器可安全地采用开关元件具有较低电压额定值的功率金属氧化物半导体场效应晶体管，而且这种控制器是耐用的、不贵的和小型的，这种控制器能够工作于常人的听觉范围的上限频率。为了实现本专利技术，提供了一种用于直流牵引马达的、高频电子电路斩波控制系统，该系统的特征在于提供：多个并行连接的功率场效应晶体管，这些晶体管以串联的行式与牵引马达相连;-->一个连接在上述场效应晶体管的栅极上的公共控制电路，控制上述场效应晶体管的导通-截止周期;多个平行连接的功率二极管与牵引马达并联，二极管都是反接的以用作续流二极管，上述二极管实际上是相互分开放置的，并且分布在上述场效应晶体管之中，每一个二极管都以类似的方式与一组相应的场效应晶体管放置在一起，以便能方便地传送二极管和相应的场效应晶体管之间的电流。下面将参考下列附图对本专利技术的最佳实施例作详尽的描述，以便使本专利技术及其优点更加明显。其中：图1是说明本专利技术的一个最佳实施例的电路示意图，其中某些关键性部件按实际情况示出;图2是本专利技术的最佳实施例的机械图的侧视图;图3是本专利技术的最佳实施例的端视图，该图表示在控制器周围的机壳中的最佳布置和整个控制电路放在一块单独的印刷电路板上的布局。图4是图1中的印刷电路板[20]的顶视图，图中示出了机械结构的进一步的细节;图5是图1中的控制电路[64]的简化了的示意图;图6是表示图5中的一部分控制电路的工作原理的电压曲线图。主要是参见图1。图1中所示的控制系统是用来控制为图中右边所示的牵引马达[12]供电的电源，即图中右边所示的蓄电池[10]的。马达[12]包括一串联激励绕组[14]及换向开关控制器[16]。用该换向开关控制器将激励绕组[14]的接头换向就可以改变马达[12]的转矩的方向。由接触器绕组[19]控制的导通一截止接触器[18]用于把蓄电池[10]和控制系统相连。控制系统最好包括一印刷电路板[20]，印刷电-->路板[20]带有电介质[22]和上板极[24]和下板极[26]。板极[24]和[26]可以是印刷电路板[20]上的印刷电路的一部分。板极作为将电力从蓄电池[10]传送到马达[12]的主要的导电途径。板极[24]和[26]有时也可具有以下的特征，即构成电容器结构的一部分。电容器结构也包括多个分布电解电容器[28]、[30]和[32]，这些电解电容器跨接在两个板极[24]和[26]之间。因为板极[24]和[26]之间有电介质板[22]存在，这些电极显然就形成了一个电容器。虽然由这两个电极[24]和[26]所形成的电容远远小于电容器[28]、[30]和[32]的电容，因为所有这些部份（板[24]和[26]加上电容器[28]、[30]和[32]）对这种结构提供电容，所以将它们总称为电容结构是适当的。电容结构的电容是对蓄电池[10]上的负载作电源滤波之用。电容结构的总电容足以处理相当于以系统的工作频率流过本系统的平均电流的一个相当大的比例的波纹电流，而电容器上电压的变化小到可以忽略不计。因此，这种电容结构与直流电源一起，提供了一种串联阻抗可以忽略不计的表观直流电源。蓄电池[10]的正极端经过接触器[18]和导线[34]与电路板[20]的底板极[26]相连接。蓄电池[10]的负极端在[36]处与板[20]的上板极[24]相连。底板极[26]在[37]处与马达[12]的转子相连接。在一最佳实施例中，导线[37]和[34]实际上是公用的以便使得经过板极[26]的电流降至最低程度。转子电路经过换向开关[16]和串接磁场[14]和导线[38]到达总线（同时用作散热片）[39]。电路从总线散热片经过一组并联的MOSFET[40]，[42]，[44]，[46]，[48]，[50]，[52]，[54]，[56]，[58]，[60]和[62]终止于顶部板极[24]，这些MOSFET在下文中将被总称为MOSFET[40]至[62]。-->MOSFET[40]至[62]全部都是受它们的栅极从控制电路[64]经过连接网络接受到的开关信号的控制而开和关的，连接网络包括导线[66]，电阻器[68]，[70]和[71]和绝缘电阻器[72]至[94]。电阻器[72]至[94]中的每一个电阻器的电阻值一般来说可以是150欧姆。电阻器[68]，[70]和[71]可以是1欧姆或者更少。MOSFET[40]至[62]中的每一个MOSFET的漏极连接在总线散热片[39]上，如图所示（如MOSFET40的96）MOSFET[40]至[62]中的每一个MOSFET的源极连接在上板极[24]上，如图所示（如MOSFET[46]的[98]）。本系统是通过开关[10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流牵引马达的电子斩波器控制系统本专利技术的特征在于，这种系统具有：多个并行联接的功率场效应晶体管［４０－６２］，将每个晶体管安排成以串联的方式与牵引马达相连接；一连接在上述场效应晶体管［４０－６２］的栅极上的公用控制电路，该电 路是用来控制上述场效应晶体管导通的导通—截止周期的；多个并行联接的功率二极管［１０８、１１０、１１２］，将每个二极管安排成以并联的方式与牵引马达［１２］反向连接以便使其用作为续流二极管；上述二极管［１０８、１１０、１１２］在结构上是 以互相分开的形式加以安置的并散布在上述场效应二极管［４０－６２］之中的位置中，每个二极管［１０８、１１０、１１２］都是以类似的方式加以安置的，即都和一组相应的场效应晶体管［４０－６２］组合在一起以便于二极管和相应的场效应晶体管之间的电流传送。

【技术特征摘要】
US 1985-9-10 774,2651、一种用于直流牵引马达的电子斩波器控制系统本发明的特征在于，这种系统具有：多个并行联接的功率场效应晶体管[40-62]，将每个晶体管安排成以串联的方式与牵引马达相连接；一连接在上述场效应晶体管[40-62]的栅极上的公用控制电路，该电路是用来控制上述场效应晶体管导通的导通一截止周期的；多个并行联接的功率二极管[108、110、112]，将每个二极管安排成以并联的方式与牵引马达[12]反向连接以便使其用作为续流二极管；上述二极管[108、110、112]在结构上是以互相分开的形式加以安置的并散布在上述场效应二极管[40-62]之中的位置中，每个二极管[108、110、112]都是以类似的方式加以安置的，即都和一组相应的场效应晶体管[40-62]组合在一起以便于二极管和相应的场效应晶体管之间的电流传送。2、据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，它还有一电容器结构[24-32]跨接在直流电源[10]的两端，该电容结构具有足以处理总的波纹电流的总电容，该波纹电流相当于以斩波器的工作频率经过本系统的平均电流中的相当大的百分比，而电容器上的电压的变化小到可以忽略不计因此能与直流电源[10]结合在一起提供一串联阻抗可以忽略不计的表观直流电源。3、据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，它还具有一块印刷电路板[20]，上述电容器结构[24-32]包括处于上述印刷电路板[20]的两侧上的两个板极[24-26]，上述电容器结构覆盖了上述印刷电路板中的相当大一部分面积，上述板极[24-26]在该区域中基本上面积相同，上述板极[24-26]的每一个都包括由板极的边向外作短距离延伸的印刷电路的延伸线[161]，该延伸线用于把上述电极中的一个连接到上述二极管[108、110、112]上和用于把上述电极中的另一个连接到上述场效应晶体管[40-62]上。4、据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，上述电容器结构[24-32]包括多个高电容、低电阻和低电感的电容器[28，30，32]，这些电容器以并联的形式跨接在上述板极上。5、据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，上述电容器[28、30、32]是散布在（就上述板极[24、26]来说）的适当位置处。6、据权利要求1或3所述的控制系统，其特征在于，上述场效应晶体管[40-62]中的每一个都包含一个与一个场效应晶体管的负载的导电终端构成电气连接的外壳，一个公用的散热片支撑结构[39]以公用的形式与上述功率场效应晶体管[40-62]中的所有的晶体管的外壳构成电气和机械连接，上述散热片支撑结构[39]包含一位于上述功率场效应晶体管[40-62]的终端与终端之间的公用电气接线，后者与场效应晶体管外壳相连，上述二极管[108、110、112]中的每一个的终端都接在上述二极管的外壳上，每个二极管的外壳与上述散热片结构[39]构成有形的电气连接。7、据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，上述公共的散热片支撑结构[39]进一步包括一个导热金属制的基板[118]，上述基板包括至少两个向上延伸的导轨[120，146]，导轨终止于上部边，上述场效应晶体管[40-62]的上述外壳和上述二极管的上述外壳[108、110、112]在上述导轨的上部边缘处与至少一个导轨相连接。8、据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，通过上述场效应晶体管[40-62]的栅极作机械和电气连接的接线[132]，通过与上述每一个场效应晶体管[40-62]中的另一个负载导电终端作机械和电气连接的接线以及通过与上述续流二极管[108、110、112]中的另一个电极作机械和电气连接的接线，使上述印刷电路极[20]机械地支撑和连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬F帕斯特，
申请(专利权)人：柯蒂斯仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]