CN100345367C - 启动电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种启动电路及方法，用以消减一电感性电路在启动瞬时输出的瞬间峰值电流，通过由输入一反馈信号至一比较电路，而因一该反馈信号与一设定信号比较的结果以产生一控制信号，控制该电感性电路，分段启动该电感性电路，以消减该瞬间峰值电流。

Description

启动电路及方法

本发明涉及一种启动电路及方法，尤其涉及一种用于直流电动机的启动电路及方法。

直流电动机(DC Motor)在启动时，都会在瞬间产生极大的瞬间峰值电流，此电流往往是造成电动机内部或使用系统损坏的主要因素。现行的解决方法是利用电路控制，以多段启动方式，将此瞬间峰值电流减低。同时通过控制起动的瞬间最大转速减少电动机在突然起动时所造成的顿力，并可减少机械上的损坏。

现行直流电动机驱动电路不是任由瞬间峰值发生再花费较多的保护电路，就是利用复杂且昂贵的电路来做启动。例如，使用脉波宽度调变(PWM，Pulse WidthModulation)方式做驱动，而此方式在启动时会造成极大的电气声，且对内部电子零件在多次冲击下也会造成可靠度方面的问题，实在不符合现今电子市场在可靠度、电磁干扰(EMI)及异音等特点的要求。

本发明的目的在于提供一种启动电路及方法，使电动机启动的瞬间峰值能消减到最小，以符合市场的可靠度、电磁干扰及异音等方面的需求。

为了达上述目的，本发明提出一种启动电路，它使用多段启动方法，以消减一电感性电路在启动时输出的瞬间峰值电流，它包含：一比较电路，电连接至该电感性电路，用以输入该电感性电路的一反馈信号，因而应该反馈信号与一设定信号比较的结果以产生一控制信号；以及一控制电路，电连接至该比较电路及该电感性电路，由该控制信号控制该电感性电路，分段启动该电感性电路，以消减该瞬间峰值电流。

其中，该电感性电路为一直流电动机。该反馈信号为一该直流电动机输出的周期性信号。该周期性信号为一方波信号。该方波信号具一频率。该频率与该流电动机输出的一速度成正比。该瞬间峰值电流为一该直流电动机的启动电流的瞬间峰值电流。

该比较电路包含：一电压转换电路，它电连接该电感性电路，用以将该电感性电路输出之反馈信号转换为一第四信；以及一触发电路，它电连接该电压转换电路，用以在该第四信号大于该设定信号时，改变该控制信号，以使该控制电路分段启动该电感性电路。

如上述，该反馈信号具一频率。该电感性电路为一直流电动机，该直流电动机输出该反馈信号，而该反馈信号的频率与该直流电动机的一速度成正比。

该直流电动机的速度启动于一低速度，而在该触发电路改变该控制信号时，该直流电动机的速度改变为一高速度。该触发电路为一比较器。

该电压转换电路为一频率电压转换电路，用以将该反馈信号的频率转换为该第四信号，其包含：一第一低通滤波器，用以滤除该反馈信号的频率的一高频成份，以产生一第一信号；一第一比较器，它电连接至该第一低通滤波器，使该第一信号与一参考信号比较，以输出一第二信号；一第二比较器，它电连接至该第一比较器，用以使该第二信号与一第二参考信号比较，使该第二信号反相以输出一第三信号；以及一第二低通滤波器，它电连接至该第二比较，用以滤除该第三信号的一高频成分，以输出该第四信号。

该第一信号大于该第一参考信号时，输出的该第二信号为一具周期性的信号。该第一信号小于该第一参考信号时，输出的该第二信号为一固定电位。该固定电位为一低电位。

该控制电路为一电流控制电路，该电流控制电路包含：一电子开关，用以因该控制信号的改变而使该电感性电路的一电流变大；以及一限流装置，它电连接该电子开关，以于启动该电感性电路时，限制该电感性电路的电流。该电子开关为一晶体管，以于该控制信号为一高电位时动作，使该电感性电路的电流变大。该电感性电路为一直流电动机。该限流装置为一电阻器，在该电感性电路启动时，限制该电感性电路的电流。当然，该电感性为一直流电动机。

本发明还包含一种启动方法，以多段启动一电感性电路，其方法为：因该电感性电路的一反馈信号，增加该电感性电路的一电流，以多段启动该电感性电路。

其中，该电感性电路为一电动机，例如直流电动机，其反馈信号为一具一频率对应于该直流电动机的一转速的方波信号，而该方波信号的该频率更由一频率电压转换电路，以转换为一等效该直流电动机转速的电位，以与一对应于该直流电动机的一设定转速的参考电位比较，在大于该参考电位时，增加该直流电动机的该电流。

增加该直流电动机的该电流用以提升该直流电动机的该转速。当然，该等效该直流电动机转速的电位更用以与多个对应于该直流电动机的各设定转速的参考电位比较，而在每次大于该等参考电位时，增加该直流电动机的该电流一次，以提升至该直流电动机全速运转为止。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明实现了由反馈信号，分段启动一电感性电路，使得其启动电流的瞬间峰值可大为消除，进而符合市场的在可靠度、电磁干扰及异音等方面的需求。

以下通过本发明的实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统方块图；

图2是图1的具体电路连接图；

图3是本发明扩充实施列的系统方块图；

图4是图3的扩充实施列的控制流程图。

请参见图1，直流电动机11的方波反馈信号FG通过频率电压转换电路器131(FVC，Frequency Voltage Converter)，将其频率转换为第四信号S。第四信号S4为一直流偏压，在比较器132的触发电路中与设定信号Vref的电压进行比较。在启动时，直流电动机的转速小，相对由反馈信号转换而来的第四信号S4电位较小(成正比)，因此在比较器132进行比较时，第4信号S4会因为大于设定信号Vref，而输出一低电位的控制信号S5，使得控制电路12控制直流电动机11在一较低的启动电流I下运转。

直流电动机的转速会渐渐加速，其可由反馈信号FG的方波检测到，当反馈信号的频率变大，代表直流电动机的转速变快。直至反馈信号的频率经频率电压转换器131转换的第四信号的电位大于设定信号Vref，比较器132会改变其输出的控制信号，由高电位变为低电位输出至电流控制电路12，控制直流电动机11的电流I，使电流加大，进而使直流电动机11进入启动的第二段，且以较快的速度运转。

图2是图1的具体电路连接图，直流电动机11的反馈信号FG反馈至比较电路13的第一低通滤波器21，将反馈信号的高频部份滤除，再与第一比较器22之第一参考信号进行比较。

直流电动机在启动时，其转速低，反馈信号FG的频率亦较低，所以在第一低通滤波器的电容C中可得到充份的充电(charge)与放电(discharge)，使得电容二端的电压会有一段时间大于第一参考信号V1的电位，因此第一比较器22输出的第二信号S2为一方波。

第二信号S2的方波经晶体管T1的驱动转移至第二比较器23的负输入端，与第二参考信号V2比较后，取反相经晶体管T2输出一第三信号。

第三信号S3此时仍为一振荡的方波，经过第二低通滤波器24的滤波，会得到第四信号S4。此时第四信号系为低电位，小于比较器132的设定信号Vref，输出的控制信号S5为高电位。高电位的控制信号S5驱动晶体管T3(ON)及用来当电子开关的电流控制电路的晶体管T4(OFF)。电流I只能流经用来限流的电阻R1及R2，而得到一较小的启动电流。

而当电动机的转速上升，反馈信号FG的频率加快，在第一低通滤波器21的电容C得不到充分的充放电，因此电容二端的电位始终不会大于第一比较器22的第一参考信号的电位，所以第一比较器输出的第二信号S2为一低电位。

低电位的第二信号S2使得晶体管T1开启(turn on)，在第二比较器23的负输入端出现低电位，小于第二参考信号V2，因此第二比较器23的输出端为高电位。高电位的输出使得晶体管关闭(turn off)，其射极端的第三信号S3此时为高电位。

由于高电位的第三信号本身只有直流成份，因此，第二低通滤波器并不会对其造成任成影响，高电位仍然能出现在当作触发用的比较器132的反向输入端，即为第四信号此时的电位。由于比较器132的输入阻抗相当大，所以电源Vcc经二电阻后呈现的第四信号，压降很小，此时第四信号可视为等电位于电源电位，因此必然会大于比较器132正向输入端设定信号Vref的电位，而使得比较器132输出之控制信号为低电位，用来控制电流控制电路12。

低电位的控制信号S5经晶体管T3的反相，使得晶体管T4基极端为高电位而开启(turn on)。直流电动机11的电源I此时会以较对的电流流入晶体管，亦即，启动的电流由前述的小电流转为较大的电流。如此一来，即可分段启动直流电动机的目的，进而消减启动时的瞬间峰值电流。

请参见图3，上述的直流电动机启动电路只有二段的启动，但事实上若有需要，可变更设计即可达到更多段的启动。只要以多组的启动电路，加入不同的设定信号Vref1，Vref2…Vref，使得反馈信号FG在各比较电路13大于各设定信号时，一一启动电流控制电路，即可使启动电流由小变大分多段启动，以消减瞬间峰值现象。

请参见图4。上述扩充后的启动电路其控制流程如下：

31：当电动机在运转时，会产生与转速相同频率的方波，用来使其它反馈控制(如本案的启动电路)知道电动机运转的速度，加以控制在所需要的设定值。

32：振荡的方波本身并无法进行比较，一般会由上述频率电压转换器，将频率的大小转换为一等效的直流电压，才方便进行比较。

33：当电动机的转速上升，必须进行比较，看看是否有大于设定信号Vref1，Vref2…VrefN。

34：每超过一次就会触发一组启动电路。

35：直到最后一个设定信号VrefN比较完毕为止，代表启动完成。

36：最后当然是以全部的电流加到全速运转。

当然，上述直流电动机的启动只是本发明的实施例而已，对于会产生瞬间峰值电流的电感性电路，亦运用本案的原理加以变更设计而致之。

综上所述，本发明实现了由反馈信号，分段启动一电感性电路，使得其启动电流的瞬间峰值可大为消除，进而符合市场的在可靠度、电磁干扰及异音等方面的需求。

Claims (14)

1.一种启动电路，其特征在于，它使用多段启动方法，以消减一电感性电路在启动时输出的瞬间峰值电流，它包含：

一比较电路，包含至少一滤波器及至少一比较器，该滤波器电连接到该电感性电路，用以输入该电感性电路的一反馈信号，而该比较器用以比较该反馈信号与一设定信号以产生一控制信号；以及

一控制电路，电连接至该比较电路及该电感性电路，由该控制信号控制该电感性电路，以消减该瞬间峰值电流；

其中，该电感性电路为一直流电动机，且该反馈信号为一该直流电动机输出的周期性信号。

2.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该周期性信号系为一方波信号，该方波信号可系具一频率，而该频率与该直流电动机输出的一速度成正比。

3.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该瞬间峰值电流为一该直流电动机的启动电流之瞬间峰值电流。

4.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该比较电路包含：

一电压转换电路，它电连接该电感性电路，用以将该电感性电路输出的反馈信号转换为一第四信号；以及

一触发电路，它电连接该电压转换电路，用以在该第四信号大于该设定信号时，改变该控制信号，以使该控制电路分段启动该电感性电路。

5.如权利要求4所述的启动电路，其特征在于，该反馈信号的频率系与该直流电动机的一速度成正比，而该直流电动机的速度启动于一低速度，而在该触发电路改变该控制信号时，该直流电动机之速度改变为一高速度，其中该触发电路为一比较器。

6.如权利要求4所述的启动电路，其特征在于，该电压转换电路为一频率电压转换电路，用以将该反馈信号的频率转换为该第四信号。

7.如权利要求6所述的启动电路，其特征在于，该频率电压转换电路包含：

一第一低通滤波器，用以滤除该反馈信号的频率之一高频成份，以产生一第一信号；

一第一比较器，它电连接至该第一低通滤波器，使该第一信号与一第一参考信号比较，以输出一第二信号；

一第二比较器，它电连接至该第一比较器，用以使该第二信号与一第二参考信号比较，使该第二信号反相以输出一第三信号；以及

一第二低通滤波器，它电连接至该第二比较器，用以滤除该第三信号的频率之一高频成分，以输出该第四信号。

8.如权利要求7所述的启动电路，其特征在于，该第一信号大于该第一参考信号时，输出的该第二信号为一具周期性的信号；如该第一信号小于该第一参考信号时，输出的该第二信号为一固定电位，且其中该固定电位为一低电位。

9.如权利要求1所述的启动电路，其特征在于，该控制电路为一电流控制电路，该电流控制电路包含：

一电子开关，用以因该控制信号的改变而使该电感性电路的一电流变大；以及

一限流装置，系电连接该电子开关，以于启动该电感性电路时，限制该电感性电路之电流。

10.如权利要求9所述的启动电路，其特征在于，该电子开关为一晶体管，以于该控制信号为一高电位时动作，使该电感电路的电流变大。

11.如权利要求9所述的启动电路，其特征在于，该限流装置为一电阻器，在该电感性电路启动时，限制该电感性电路的电流。

12.一种如权利要求1所述的启动电路的启动方法，以多段启动一电感性电路，其特征在于，因该电感性电路的一反馈信号，增加该电感性电路的一电流，以多段启动电感性电路；其中，该反馈信号为一具一频率对应于该直流电动机的一转速的方波信号。

13.如权利要求12所述的启动方法，其特征在于，该方波信号的该频率更由一频率电压转换电路，以转换为一等效该直流电动机转速之电位，而该等效于该直流电动机转速的电位用以与一对应于该直流电动机之一设定转速的参考电位比较，而在大于该参考电位时，增加该直流电动机的该电流。

14.如权利要求13所述的启动方法，其特征在于，增加该直流电动机的该电流是用以提升该直流电动机的该转速，而该等效该直流电动机转速的电位更用以与多个对应于该直流电动机的各设定转速的参考电位比较，而在每次大于该等参考电位时，增加该直流电动机的该电流一次，以提升至该直流电动机全速运转为止。

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