可程序型快速马达扭力控制器制造技术

一种可程序型快速马达扭力控制器，主要是利用经常使用于切换式电源（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ）的电流型切换控制器（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｍｏｄｅ　ＰＷＭＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）对马达的运转电流做即时的硬件控制，并以微处理器做操控界面，经由比较器及相关类比电路的使用，将马达即时电流与微处理器命令的差异，经由限电流型切换控制器转换开关的输出信号，进一步控制栅控开关元件（ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ），以控制马达实际的运行电流，使其可以近乎数位信号处理器十分之一的代价，达到与数位信号处理器相近的功能；另外，并可内建一组电源回路开关，该开关可在无动力输出要求时，切断马达逆转的电流回路，以大幅降低马达逆转的阻力。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于一种可程序型快速马达扭力控制器，特别是指一种巧妙的结合切换控制晶片(PWM IC)快速即时控制的特性及微处理器(MCU)可程序的信号输出，以达到省电快速、安全可靠的可程序型快速马达扭力控制器。
技术介绍
现有的马达控制器，在节省电力转换的损失考量下，皆已全面改用脉宽调变式切换控制器(Pulse Width Modulation Controller)，该脉宽调变式切换控制器常以切换控制晶片(PWM IC)，使其具有脉宽调变信号产生(PWMGenerator)的微处理器(MCU)或数位信号处理器(DSP)；但现有的技术或元件，皆隐含了一些缺点或限制。以下针对现有系统的缺失作一说明1.使用切换控制晶片(PWM IC)是最直接的做法，由于电力电子学的推进，目前的切换控制晶片，不但可以将切换频率提升至500KHz，且内建部分的回授控制混合电路可提供基本的定电压、定电流输出的控制，亦有部分切换控制晶片内建栅极高压驱动器及参考电压输入的控制功能；但该控制晶片在设计时即已定义可能支援的功能，并无法针对特殊需求修改适当的功能定义；例如在电动自行车的使用中，若定义一组电子开关，该电子开关在马达不输出动力时，即会截断马达的电流回路，然而，如此简单的功能即难以现有的切换控制晶片来达成；再者，内建栅极高压驱动器及参考电压输入的控制功能的切换控制晶片，价格上多是难以接受。2.使用脉宽调变信号产生(PWM Generator)的微处理器(MCU)，现有微处理器中，有部分微处理器已内建脉宽调变信号产生器，可在有限的范围内，实践马达输出控制，但是这一类的微处理器，都受限于本身运算的速度，无法快速对马达实际的电流状态做有效即时控制，不但往往降低切换电路的效率，亦迫使电力系统切换在音频的范围(＜20KHz)，致使电力切换系统及马达产生噪音及高热。3.使用脉宽调变信号产生(PWM Generator)的数位信号处理器(DSP)，目前仅有少数几家厂商能够提供如此快速的马达专用数位信号处理器，但是使用的数量很少，价格仍是难以接受；另外，为了能对控制状态提供快速的调变，该数位信号处理器必需操作在极高的运转速度下，并不适合低耗电的设计。4.马达逆转时的阻力问题，如图1所示，在现有马达控制器架构中，由于必须提供一飞轮二极管10(Free Wheeling Diode)于马达11的二输入端，以提供一马达11电感电流的泄放回路，以免其他元件因感应电压损毁，但此举同时使得该飞轮二极管10于马达11反转时，成为顺向导通状态，形成一强大的刹车阻力效果，此现象于电动自行车或机车上会造成倒车困难的问题。由此可见，上述现有物品仍有诸多缺失，实非一良善的设计，而亟待加以改良。本技术专利技术人，鉴于上述现有马达扭力控制器所衍生的各项缺点，加以改良创新，并经多年苦心孤诣潜心研究后，终于成功研发完成本件可程序型快速马达扭力控制器。
技术实现思路
本技术的目的即在于提供一种结合切换控制晶片的快速安全及微处理器省电可程序双重优点的可程序型快速马达扭力控制器。本技术的另一目的是在于提供一种透过内建的电源回路开关，达到降低马达运转阻力功效的可程序型快速马达扭力控制器。可达成上述技术目的的可程序型快速马达扭力控制器，主要是结合限电流型切换控制器(PWM IC)的快速安全及微处理器省电可程序的双重优点，建构一新的马达控制电路，并以接近数位信号处理器十分之一的代价，达到与数位信号处理器相近的功能性；该微处理器并不直接控制电子栅的开关(N型金属氧化硅场效电晶体，N-MOSFET)，而是经由程序运作，由内建的脉宽调变信号产生器(PWM Generator)送出对于电流控制所需的脉波宽度，并在快速比较器中与马达运转中即时电流比对，透过限电流型切换控制晶片(PWM IC)的过流保护瞬间中断电路(OverCurrent Protection)，控制切换控制晶片是否继续对马达输出电力；并可内建一组电源回路开关，该开关可在无动力输出要求时，切断马达逆转的电流回路，以大幅降低马达逆转的阻力。一种可程序型快速马达扭力控制器，包括 一限电流型切换控制器，其是透过电流流过微电阻器所形成的压降，判断即时电流是否超过电流限制点；该切换控制器的第一电子栅开关开启时，马达电流将流经下部的微电阻器，产生相对于瞬时电流的电压信号，此一瞬时电压信号经过处理后，输入电流比较器中；一微处理器，该微处理器可接受外来信号的控制，并依照微处理器内部写入的控制程序，产生对应的电流命令；该微处理器收到从使用者界面传来的电流/扭力命令时，便由内部程序决定脉宽调变信号产生器的频率及脉波宽度，经过外置电路转换成电压型的电流命令输入电流比较器中；一电流比较器，其可快速比对马达即时电流信号与微处理器的电流命令的差异，在每一次切换周期内，做马达电流的即时修正，大幅提高扭力控制的准确及效率；一第二电子栅开关，其是受微处理器控制的电源开关，主要是做为马达电流回路的开关。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该限电流型切换控制器内建一组电流监控电路。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该限电流型切换器的电流监控电路控制若检测到电流已超过限制点，即会关闭第一电子栅开关的输出；若是以绝对高于此一监控电压信号做为切换全关信号(logic″0″)或以零电压做为全开信号(logic″1″)；此一限制电流信号输入脚便可用于控制限电流型切换控制器的切换动作，且在切换全开的马达加速或扭力递增模式下，可使每一次的第一电子栅开关开启都达到最高效率。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该微处理器会依据是否有电流命令决定该第二电子栅开关的开启与否，并可同时达到对马达使用的保护，以及释放马达的逆转阻力。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该第一、第二电子栅开关可为N-MOSFET。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该第二电子栅开关可解决马达逆转阻力释放的问题，也在切换控制器的下串第一电子栅开关故障时，对马达使用提供更进一步的保护。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该电流比较器是以逻辑″0″与″1″的信号，快速而准确的表示马达瞬时电流是否满足电流命令。所述的可程序型快速马达扭力控制器，其中该马达若为三相无刷直流马达时，即需考虑三相电流供应的相位转换，经由已程序化的逻辑运算，决定三组电子栅的开关时间，然而上端电子栅切换时间，仍依寻电流检测电路所回馈至限电流控制器的指令，如此三相无刷马达的电流控制，便可依此完成。附图说明请参阅以下有关本技术一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本技术的
技术实现思路
及其目的功效；有关该实施例的附图为图1为现有速马达扭力控制器电路架构图；图2为本技术可程序型快速马达扭力控制器的电路架构图； 图3为本技术可程序型快速马达扭力控制器的应用实例图；图4为本技术可程序型快速马达扭力控制器的马达输入电压及电流曲线图；图5为本技术可程序型快速马达扭力控制器的马达输入电压及电流曲线图；以及图6为本技术可程序型快速马达扭力控制器的另一电路架构图。具体实施方式请参阅图2所示，本技术所提供的可程序型快速马达扭力控制器，主要包括有一限电流型切换控制器2(PWM IC)，其内建一组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可程序型快速马达扭力控制器，其特征在于，包括：　　　　一限电流型切换控制器，其是透过电流流过微电阻器所形成的压降，判断即时电流是否超过电流限制点；该切换控制器的第一电子栅开关开启时，马达电流将流经下部的微电阻器，产生相对于瞬时电流的电压信号，此一瞬时电压信号经过处理后，输入电流比较器中；　　　　一微处理器，该微处理器可接受外来信号的控制，并依照微处理器内部写入的控制程序，产生对应的电流命令；该微处理器收到从使用者界面传来的电流／扭力命令时，便由内部程序决定脉宽调变信号产生器的频率及脉波宽度，经过外置电路转换成电压型的电流命令输入电流比较器中；　　　　一电流比较器，其可快速比对马达即时电流信号与微处理器的电流命令的差异，在每一次切换周期内，做马达电流的即时修正，大幅提高扭力控制的准确及效率；　　　　一第二电子栅开关，其是受微处理器控制的电源开关，主要是做为马达电流回路的开关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒英豪，连伟如，江培彰，马斌严，
申请(专利权)人：威达能源科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]