[其他]固态直流马达控制器

说明书

本发明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，本发明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。

为了实现本发明，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发明的最佳实施例作详尽的描述，以便使本发明及其优点更加明显。其中：

图1是说明本发明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是本发明的最佳实施例的机械图的侧视图;

图3是本发明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。