CN1041264C - 直流电机控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种直流电动机控制电路，其中一反相放大电路通过将半导体开关元件两端之间电压的平滑电压与由电压设定电位器产生的设定电压进行比较产生比较电压，运算放大器通过将上述比较电压与三角形波电压进行比较产生驱动信号。如此进行负反馈，使得设定电压等于平滑电压其反比于直流电动机转速。

Description

直流电机控制电路
本发明涉及直流电机控制电路，其适用于由直流电动机驱动的动力工具，例如电动改锥、电钻和电锯。
图1所示为动力工具的常规直流电机控制电路，其中E代表装在动力工具内的电源，M代表直流电动机，52代表电源开关。当动力工具的操作杆的压缩量(行程)达到一个预定值时(和操作杆的运动相应)，电源开关52闭合。当电源开关52的触头52a和52b处于图1所示的状态时，在直流电机M两侧的电机端子被短路，从而使电机M被制动。为了在一个方向使直流电机旋转，只使触头52a转换到与图1相反的状态。为了使直流电机朝另一个方向旋转，只使触头52b转换到与图1相反的状态。这就是说，当只有触头52a、52b中的一个转换到与图1所示的相反的状态时，就有电流流过电机，从而使其旋转。
标号53代表半导体开关元件，例如FET。当动力工具的操作杠杆被压到最大行程时，闭合触头54接通，从而短路半导体开关元件53的开关部分。电压设定电位器59的电阻底板上，有一滑动件和动力工具的操作杆连动。这样，设定电位器59输出相应于操作量的设定电压b。驱动信号输出电路51包括：三角形波振荡器57，用来根据电源电压E产生图2(a)所示的三角形波电压，电源电压E是通过电源开关52和二极管55、56被施加的；一比较器58，在其反相输入端接收三角形波电压而在同相输入端接收设定电压b；以及开关电路60，其根据比较器58的比较输出向半导体开关元件53的控制极提供驱动信号C(见图2(b))。
在上述常规的直流电机控制电路中，当压下动力工具的操作杆时，相应于压缩量(行程)的设定电压b输入给比较器58，驱动信号C的占空比(duty cycle)按设定电压b被控制，如图2(b)所示。这样便控制直流电机M的速度。
然而，一般说来，直流电机M的转速N和驱动信号C的占空比D的关系是非线性的，如图3的特性曲线所示。并且驱动信号C的占空比D和操作杆的行程S的关系是线性的，如图4的特性曲线所示。因此，直流电机M的转速N和操作杆的行程之间的关系是非线性的，即由图5所示的向上凸起的曲线所示。
一般说来，使用动力工具拧紧螺丝时，例如电动改锥，希望直流电机M的转速N在开始时是低的，此时需要定位。然而，常规的控制电路因为转速N和行程S具有非线性关系，即如图5的上凸起曲线所示，在低速范围内，对于直流电机M的转速N一个恒定的增量而言，行程S的间隔很小，这便难于实现精确的调整，因而带来使用的不便。
为解决上述问题，可以设想改变电压设定电位器59薄膜电阻器的形状，使得在操作杆行程和电阻之间呈现非线性关系。然而，这种方法未必能提供所需的特性。
图6所示为一种常规的电机控制电路，它与图1所示的电路相似。参见图6，电位器VR1和操作开关(未示出)连动地滑动。固定端子C和D之间的电压以任意的比值进行分配，所得到的分压从动端子A输出。根据所述分压，电压设定部件(电压设定电路)61产生具有门限电压VH(设定电压)的设定信号V0，电压设定部分具有电阻R51、R53和R54。一三角形波振荡器57和电容器C1相连产生具有预定周期的三角形波信号V4。一比较器58将设定电压信号V0和三角形波信号V4进行比较并输出比较信号V5，根据V5，开关电路60产生用来驱动开关晶体管TR1的信号以驱动电机M。
现在说明上述电机控制电路的操作。当操作开关被按下时，开关1的闭合断开触头66打开以释放电机M的制动。当操作开关再进一步压下时，开关1的触头67闭合，从而把电源(直流电压)加到电路的各个部分上。三角形波信号V4和设定信号V0进行比较，当三角形波信号(电压)V4大于门限电压VH即设定信号(电压)V0时，晶体管TR1导通，从而使电流流过电机。这就是说，借助于具有相应于门限电压VH的脉冲信号使晶体管TR1导通。占空比越大，流过电机M的平均电流越大(电机的转速越高)。另一方面，因为设定信号V0的门限电压VH和操作开关的压缩量(行程)相关连，电机M的转速就可按照操作开关的行程调节。当操作开关被进一步压下时，开关2的触头68闭合。结果使电源E1直接加到电机M上，电机M达最大转速。
图7示出了图6所示电路使用的电位器VR1的结构。在图7中，符号C、D和A分别相当于图6所示的固定端C、D和可动端A。作为可动电极的电刷70在两个固定电极上滑动，其中一个具有导体区域71和72以及电阻区73，并和C或D端相连，另一个固定电极74连接端子A。这就是说，电刷70和两个固定电极相连，电刷70在导体区71上滑动时，输入给比较器58的设定信号(电压)V0具有通过以电阻R53、R54之比值对电源电压(直流)E1进行分压来确定的值，此时设定信号(电压)V0具有最大值。因此，比较信号V5为0V，晶体管TR1截止。于是，电机M停止，而与电刷70在导体区71上的滑动位置无关。
当操作开关的行程增加并且电刷70在电阻区73上滑动时，设定信号(电压)V0按照电刷70的滑动位置而减小。比较信号V5的脉冲的占空比和正在减少的电压V0相应，即和操作开关的行程相应。这样以来，使电机M的转速逐渐增加。因此，电阻区73相应于整个调速范围。
当操作开关的行程进一步增加并且电刷70在导体区72上滑动时，设定信号(电压)V0为0V，因此，比较信号V5的脉冲占空比是100％，晶体管TR1导通。因而电机M以恒速旋转而与电刷70在导体区72上的滑动位置无关。当操作开关的行程进一步增加时，如上所述，开关2的触头68闭合，使得电源E1直接加到电机M上，电机M达最高转速。
因此，这种动力工具适用于调节按压量，即调节操作开关的行程，以进行预期的工作。
然而，在上述的常规电动机控制电路中，可能发生这样的问题，即尽管操作开关的按压量是在整个调速范围内，而实际上电机M不能转动或其转速不能达到预期工作所需的值。
图26表明如何相对于操作开关的行程而产生比较输出V5。在设定信号(电压)V0变得小于三角形波信号V4(见图26(a))的时刻，比较输出V5开始起作用(见图26(b))。在图26中，为了表示操作开关开始按压的时刻，用t1表示达到转速调节范围(相应于图7的电阻区73)的时刻，t2表示开关2的触头68闭合的时刻。由图26(b)可明显看出，在整个调速范围的开始部分，不产生比较输出V5，或者不获得规定转速的占空比。
图27表示操作开关的行程和电机转速之间的关系。点划线代表常规的电机控制电路的特性。如图27所示，开关1的触头67在行程位置S0闭合，总的调速范围S在行程S1开始，开关2的触头68在行程S3闭合。符号Na表示适合于工作的有效转速范围。
由图27可明显看出，常规电机控制电路的特性，在总调速范围S中的S1到S2之间，电机M不转动而只是嗡嗡响。而且即使在它开始转动之后，转速不会马上达到有效转速范围。就是说，存在一个不工作的无效调速范围Sb。因而使有效调速范围Sa变窄，其可以使工作效率降低。
本发明的目的是针对上述问题、而提供一种直流电机控制电路，它可以在直流电机开始转动阶段、相对于行程的变化，减少电机转速的变化，借以改善动力工具的操作。
按照本发明的一个目的，本发明提供的一种直流电机控制电路，包括：
一连接到直流电动机的半导体开关元件，用来控制流过直流电机的电流；
用来提供设定电压的电压设定部件；
第一比较电路，用来将半导体开关元件两端的电压与设定电压进行比较，并产生比较信号；
参考电压产生电路、用来产生参考电压信号；以及
第二比较电路，用来将参考电压信号和比较信号进行比较、并产生用来控制半导体开关元件通断的驱动信号。
利用上述方案，这样来实现负反馈，使得设定电压等于接在半导体开关元件两端上的电压，在无载状态下，它反比于电机转速。因此，直流电机转速N和操作杆行程S之间的关系相对于常规控制电路的向上凸起的关系(图5)而言变成为线性的。结果，在低速范围内，对于直流电机的转速N的固定的增量而言，其行程S的间隔比常规控制电路较宽，因此使动力工具容易操作并且提高工作效率。
直流电机控制电路还可以包括电压校正电路，用来通过非线性特性校正设定电压。在这种情况下，直流电机的转速N和操作杆行程S之间的关系可成为下凸起的特性。结果使得在低速范围内，对于直流电机转速N的固定增量而言，行程S的间隔比常规控制电路中的更宽，从而使动力工具更容易操作。
直流电机控制电路还可以包括开关电路，用来把当半导体开关元件截止时的半导体开关元件两端的电压提供给第一比较电路。在这个周期内，半导体元件两端的电压反比于直流电机的转速。在这种情况下，即使发生转矩改变也能使直流电机的转速处于相应于设定电压的速度(恒定操作)。
下面参照附图说明本发明的实施例。
附图简要说明
图1是常规动力工具的电机控制电路；
图2是图1的控制电路的信号波形；
图3是表示直流电机转速和驱动信号占空比的关系的特性曲线；
图4是表示在操作杆行程和驱动信号占空比之间的关系的特性曲线；
图5是表示操作杆行程和电机转速之间的关系的特性曲线；
图6是另一种常规的直流电机控制电路；
图7是在图6的电路中使用的常规电位器的结构；
图8是本发明实施例的直流电机控制电路；
图9、图10是图8实施例空载运行时的信号波形；
图11说明半导体开关元件两端的电压和直流电机转速之间的关系；
图12表示图8实施例中电压设定电位器的设定位置、其设定电压、半导体开关元件两端的滤波的电压以及直流电机转速之间的关系；
图13是图8实施例有载运行时的信号波形；
图14表示电机转速和产生的转矩之间关系的特性曲线；
图15表示本发明另一个实施例的直流电机控制电路；
图16表示图15的实施例中电压设定电位器的位置、它的设定电压、半导体开关元件两端滤波的电压以及直流电机转速间的关系的特性曲线；
图17是本发明另一实施例的直流电机控制电路；
图18是图17所示实施例的电机转速和产生的转矩之间的关系曲线；
图19表示图17实施例中的信号波形，其相应于图9；
图20表示图17实施例中的信号波形，其相应于图10；
图21表示图17的实施例的信号波形，其相应于图13；
图22是本发明另一实施例的直流电机控制电路；
图23是本发明另一实施例的电机控制电路；
图24是图23所示电压设定部件的开关和电位器的结构图；
图25表示相应于行程的电刷滑动位置和比较输出的占空比之间的关系图；
图26说明如何相对于操作开关行程产生比较信号；以及
图27表示操作开关行程和电机转速之间的关系。
图8表示本发明的直流电机控制电路的一个实施例，该控制电路被装在动力工具中。
在图8中，由电阻R1和齐纳二极管ZDI串联连接构成的恒压电路CV根据装在动力工具内的电源电压E1在齐纳二极管的阴极产生规定的恒定电压E2。电压E1通过开关SW1提供，用来提供/切断驱动电流。
三角形波振荡器(参考电压发生电路)1和振荡电容器C1一起产生三角形波电压V4。
设定直流电机M的转速的速度设定部件2具有电压设定电位器VR。电压设定电位器VR的可动端和动力工具的操作杆的压缩连动，并输出相应于压缩量(行程)的设定电压V0。
反相放大器电路(第一比较电路)3包括运算放大器6、电阻R5和R6以及电容C2。运算放大器6在同相输入端接收来自电压设定电位器的设定电压V0，在其反相输入端接收来自滤波电路4的滤波电压V6，并输出作为驱动信号的电压V3、它相应于所接收电压之间的差。
滤波电路4具有分压电阻R7和R8、以及电容器C3，它对半导体开关元件TR1两端的电压进行校平(Smooths)，并向运算放大器6的反相输入端提供滤波电压V6。
半导体开关元件TR1是FET，在电源E1和电动机M之间是其开关元件的D-S。更具体地说，漏极D连接于电机M的一端，源极S连接于电源E1的负极。半导体开关元件TR1的控制极通过限流电阻R9加入来自运算放大器(第二比较电路)5的驱动信号V5。
三角形波振荡器1输出的三角形波电压V4被输入到运算放大器5的同相输入端，反相放大器电路3的输出电压V3被输入到其反相输入端。通过比较电压V4和V3，运算放大器5产生比较输出信号V5，其作为驱动信号被加到半导体开关元件TR1的控制极。保护二极管D1和直流电动机M并联。
现在参照图9、图10说明具有上述结构的直流电机控制电路的空载运行。在这些图中、部分(a)表示将反相放大电路3的输出电压以及三角形波电压V4，输入给运算放大器5，部分(b)表示运算放大器5的输出电压(驱动信号)V5，部分(c)表示半导体开关元件两端的电压V7以及其滤波电压V6，部分(d)表示电压设定电位器VR的设定电压V0。图9、图10相应于电压设定电位器VR不同的设定电压V0的两种状态。
在此实施例中，相应于操作杆压缩量(行程)的电压V0由电压设定电位器VR输入给反相放大电路3的运算放大器6的同相输入端，半导体开关元件TR1上的电压V7的滤波电压V6被加到同一运算放大器6。运算放大器6把相应于V0和V6之差的输出电压V3输送给运算放大器5的反相输入端。运算放大器5将电压V5输送给半导体开关元件TR1的控制极作为驱动信号，电压V5相应于输入到运算放大器5反相输入端的电压V3和输入到同相输入端的三角形波电压V4之差。半导体开关元件TR1由电压V5进行导通/截止控制，借以控制直流电机M的驱动。
简而言之，半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6和电压设定电位器VR的设定电压V0进行比较，将得到的比较输出V3再和三角形波电压V4进行比较。将得到的比较输出(驱动信号)V5被用来控制半导体开关元件TR1。因此，如图9、图10的各部分(c)、(d)所示，控制将这样进行，使得电压设定电位器VR的设定电压V0变得等于半导体开关元件TR1两端电压V7的滤波电压V6。
现在说明半导体开关元件TR1两端电压V7的滤波电压V6和直流电机M的转速之间的关系。
如图11所示，假定开关元件TR1连接于其电枢绕组电阻为Ra的直流电机M，电源E给电机M供电。设符号Ia是驱动电流；KE是电机M的比例常数；N是电机M的转速；VTR为半导体元件TR1上的平均电压，则电源E一般表示成：
E＝Ia·Ra+KE·N+VTR    (1)因此，开关元件TR1两端的平均电压VTR为
VTR＝E-Ia·Ra-KE·N
在直流电机M的空载状态下，Ia·Ra可忽略不计，电源电压E和比例系数KE是常数。因此，开关元件TR1两端的平均电压VTR反比于直流电机的转速N。
因此，按照图8的实施例，在直流电机M的空载运行期间，控制如此进行，使得反比于直流电机M的转速N的半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6变得等于电压设定电位器VR的设定电压V0。这就是说，直流电机M的转速N可以被控制得和动力工具的操作杆的行程成比例，操作杆的行程相应于设定电压V0。
图12表明本实施例中电压设定电位器VR的设定位置(相应于行程)、设定电压V0、半导体开关元件TR1两端电压V7的滤波电压V6、以及直流电机M的转速N之间的关系的特性曲线。
图12的部分(a)是表示直流电机M的转速N和半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6之间关系的曲线。部分(b)表示电压设定电位器VR的设定位置和设定电压V0之间的关系。部分(c)表示电压设定电位器VR的设定位置和直流电机的转速N之间的关系。
如图12(b)所示，设定电压V0反比于电压设定电位器的设定位置，后者相应于操作杆的压缩量。这就是说，设定电压V0随压缩量的增加而减少。
另一方面，半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6被这样控制，使其等于设定电压V0，而直流电机M的转速N反比于半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6，如图12(a)所示。因此，如图12(c)所示，在电压设定电位器VR(见图12(b))的设定位置和直流电机M的转速N之间建立了比例关系，直流电机M的转速对应于平滑电压V6，共等于设定电压V0。
在常规的控制电路中，因为直流电机M的转速N和行程S之间的关系是非线性的，即如图5所示的向上凸起的特性曲线，在低转速范围内，对于同一个转速N的固定增量，行程S的间隔较小，这使得难于进行精细的调节，因而在使用动力工具时产生许多不使。与此相反，按照本发明的实施例，如图12(c)所示，在直流电机M的转速N和行程S(相应于电压设定电位器VR的设定位置)之间建立了线性关系。结果使得在低转速范围内，对固定转速N的增量，行程S的间隔比从常规控制电路中得到的要宽，从而使操作容易。
此外，在本发明的实施例中，这样进行负反馈，使得半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6等于电压设定电位器VR的设定电压V0。因此，当从图10所示的空载状态变换到图13所示的有载状态时，负反馈使得滤波电压V6保持在设定电压V0上。结果，反相放大电路3的输出电压V3的值被减小，如图13(a)所示，使得运算放大器5的输出电压V5(驱动信号)的占空比增加。因而，使直流电机M的转速N减少的程度被减小。
图14是相应于一定负载的直流电机转速N和转矩T之间关系的特性曲线。实线表示常规控制电路的特性，虚线表示本发明实施例的特性。
如虚线所示，在本发明实施例中，当负载增加时，进行负反馈使如上所述的占空比增加。因此，直流电机M的状态沿平缓的曲线改变，直到达到锁定状态。这将使直流电机的运行更加稳定，使操作更容易。
图15所示为本发明另一实施例的直流电机控制电路，其中和图8中相同的部分给予相同的标号。
该实施例的直流电机控制电路旨在进一步改善操作的容易程度。与上述实施例的线性关系相反，其借助于在电机M的转速N和行程S之间建立向下凸起的非线性关系而予以实现。为此，提供电压校正电路10，它利用下述的非线性特性，校正电压设定电位器VR的设定电压，并把校正过的设定电压提供给运算放大器6的反相输入端。其余的结构与上述实施例的相同。
在电压校正电路10中，在电压设定电位器VR的两个端子之间提供分压电阻R2～R4。在电压设定电位器VR的可动端和分压电阻R2和R3的连接点之间提供分压电阻R10和二极管D2构成的并联电路。分压电阻R3和R4的连接点又连接于反相放大电路3的同相输入端。
图16说明电压校正电路10的操作。图16的部分(a)表示直流电机M的转速N和半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6之间的关系。部分(b)表示电压设定电位器VR的设定位置和二极管D2的阴极电压VK、它的阳极电压VA以及校正电压V1之间的关系的特性曲线。部分(c)表示电压设定电位器VR的设定位置和直流电机转速N之间的关系的特性曲线。
由图16(b)可见，相应于电压设定电位器VR的设定电压的二极管D2的阴极电压VK与电压设定电位器的设定位置成反比。另一方面，当操作杆的压缩量增加使二极管阳极电压VA达到规定电压时，二极管D2导通，其阳极电压VA成为0.6V，高于阴极电压VK。具有该值的阳极电压VA由电阻R3和R4分压，从而产生校正电压V1。因此，在本实施例中，二极管D2的特性用来在电压设定电位器VR的设定位置和校正电压V1之间产生非线性关系。
另一方面，半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6被这样控制，使其等于校正电压V1，并且直流电机M的转速N反比于半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V6，如图16(a)所示。因此，如图16(c)所示，在电压设定电位器VR的设定位置(见图16(b))和直流电机M的转速N之间建立了向下凸起的非线性关系，其中直流电机M的转速N对应于滤波电压V6而该滤波电压V6等于校正电压V1。
这就是说，按照本发明的实施例，如图16(c)所示，在直流电机M的转速N和行程S(相应于电压设定电位器VR的设定位置)之间建立了向下凸起的非线性关系。其结果，使得在低旋转速度范围内对该直流电机M的转速N固定的增量而言行程S的间隔较宽于常规的控制电路形成的间隔，从而使操作更加容易。
二极管D2可用齐纳二极管代替，以构成本发明的另一实施例。
图17表示本发明的另一实施例的直流电机控制电路，其中相应于图8实施例的部分给予相同的标号。
如图18的特性曲线所示，本发明的这一实施例旨在实现恒速控制，使直流电机M即使在负载变化时也以恒速转动。为此，采用下述的结构。
在该实施例中，开关电路11用来探测当半导体开关元件TR1截止时其两端的电压V7，其被设置在对开关元件TR1两端的电压V7进行滤波(smoothing)的滤波电路4和反相放大电路3的运算放大器6的反相输入端之间。开关电路11包括：反相器9，它接收运算放大器5的输出，以及模拟开关8，其由反相器9的输出控制导通/截止。为了防止模拟开关8当其完全截止时处于不确定状态，采用滤波电容C3，使其与一放电电阻R11并联。其余的结构和图8的相同。
在该实施例中，开关电路11探测半导体开关元件TR1截止时其两端的电压V7，其与直流电机M的转速成反比，以便产生滤波电压V10。
参见等式(1)，因为当半导体开关元件TR1截止时驱动电流Ia为0，半导体开关元件TR1两端的平均电压VTR即使在负载变化时也和直流电机M的转速成反比。
在该实施例中，因为半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V10在半导体开关元件TR1截止期间输入给反相放大电路3，所以直流电机M的转速N即使在负载发生变化时也保持相应于电压设定电位器VR的设定电压V0的值。这就是说，实现了恒速控制。
图19～21是信号波形图，分别对应于图8实施例的图9、10和13。在图19～21的每个图中，部分(e)表示反相器9的输出电压V8。部分(f)表示半导体开关元件TR1两端的电压V7的滤波电压V10。
图22表示本发明另一实施例的直流电机控制电路，其中相应于图8的部分给予相同的标号。
在该实施例中，用来对半导体开关元件TR1两端的电压滤波的滤波电路41由分压电阻R19和R20以及滤波电容C4构成。一反相放大电路3，其接收来自滤波电路41的滤波电压，具有电阻R14，位于运算放大器6的输出侧。
如同图8实施例的情况，该实施例可以建立电机M的转速N和行程之间的线性关系，以使其操作容易。此外，该实施例具有用于保护半导体开关元件TR1的保护电路12，当半导体开关元件TR1通过过电流或异常发热时强迫使其截止。当半导体开关元件TR1导通时，保护电路12对其两端的电压进行滤波(smooths)，并将滤波电压与参考电压进行比较。如果滤波电压大于参考电压，保护电路12就强迫半导体开关元件TR1截止。
保护电路12具有：模拟开关15，借助于运算放大器5的输出，对其进行导通/截止的控制；分压电阻R12、R13；滤波电容C5；用于防止模拟开关15当其完全截止时出现不确定状态的放电电阻R16；自保持二极管D3以及反向阻挡二极管D4。保护电路12还具有运算放大器13，在其反相输入端接收参考电压VREF，在其同相输入端接收半导体开关元件TR1两端电压的滤波电压。
当由于过载，引起极大的驱动电流流动时，半导体开关元件TR1两端的电压大于保护电路12中的参考电压VREF。由此，运算放大器13的输出变高，从而强迫运算放大器5的输出变低。以使半导体开关元件TR1截止，即受到了保护。
当半导体开关元件发热而使其温度上升时，其电阻相应地增加。因此，半导体开关元件TR1由于长期流过大的驱动电流而变热，使其两端的电压大于参考电压VREF。与上述过流的情况相同，半导体开关元件TR1截止。
这就是说，保护电路12用于限流和限热。
虽然该实施例是在图8的实施例的结构中加入保护电路12，但也可以在常规的结构中提供保护电路12，从而成为本发明提供的另一实施例。
虽然在上述每个实施例中使用三角形波振荡器1作为参考电压发生电路，但本发明并不限于使用三角形波电压的情况，例如可以使用恒定的参考电压。
图23表示本发明另一实施例的电机控制电路。由图23可见，在电位器VR2中滑动是与一操作开关一起(例如触发型的，未示出)连动的。加于固定端C和D之间的电压以任意比例分压，产生的分压由可动端A输出。根据这一分压，具有电阻R52、开关62a、电阻R51、R53、R54的电压设定部件(电压设定电路)62产生具有门限电压VH的设定信号V0′(设定电压)。开关62a和电位器VR2形成在同一印刷电路板上(下述)。
三角形波振荡器57和电容C1一起产生具有预定周期的三角形波信号V4。比较器58将设定电压信号V0′与三角形波信号V4进行比较，并输出比较信号V5，根据V5开关电路60产生开关晶体管TR1的驱动信号驱动电机M。
现在说明本实施例中控制电路的操作。当操作开关被按下时，开关1的断开触头66断开，从而释放电机M的制动。当操作开关再进一步被按下时，开关1的触头67闭合，使电源电压(直流电压)E1加到电路的各个部分。使三角形波信号V4与设定信号V0′进行比较。当三角形波信号(电压)V4大于门限电压VH即设定信号(电压)V0′时，使晶体管TR1导通，从而使电流流过电机M。这就是说，晶体管TR1由具有相应于设定信号V0′的门限电压VH的占空比的脉冲信号导通。占空比越大，流过电机M的平均电流也越大(电机转速较高)。另一方面，因为设定信号V0′和操作开关的压缩量(行程)相连接，电机M的转速可以按操作开关的行程调节。当操作开关进一步被按压时，开关2的接通触头68闭合。结果，使电源电压E1直接加到电动机上，电机M以最大转速转动。
图24表示在图23的电路中使用的电位器VR2以及电压设定部件62的开关62a的结构。在图24中，符号B、C、D和A分别相应于图23中的固定端B、C和D以及可动端A。电刷70在固定电极上滑动，固定电极具有导体区71和72以及电阻区73，并连接到端子C和D，固定电极74a的区(c)和端子B相连，固定电极74c的区(b)和端子A相连，固定电极74b的区(a)也和端子B相连。在三个固定电极74a、74b和74c之间具有间隙，以便使这些电极彼此之间电绝缘。因为电刷70比间隙略宽，当它位于这些相邻电极之间的间隙中心时，就把相邻的两个电极短路。当电刷70在三个分开的固定电极74a、74b和74c之间移动时，就在电压设定部件62的开关62a中实现转换。电刷70作为开关62a的可动触头。这就是说，图23中开关62a的可动触头连接到触头(a)的状态相应于电刷70位于固定电极74b的区(a)的状态。类似地，图23中开关62a的动触头连接于触头(b)的状态相应于电刷70位于固定电极74c的区(b)的状态，图23中开关62a的动触头连接于触头(c)的状态相应于电刷70位于固定电极74a的区(c)上的状态。
图25表示相应于行程的电刷70的滑动位置和比较信号V5的占空比之间的关系。图25的部分(a)表示行程-占空比关系，部分(b)表示电刷70如何随行程的增加而滑动(操作开关不断下压)，部分(c)表示电刷70如何随行程的减小而滑动(操作开关返回)。
参看图23～25说明比较信号的占空比是如何改变的。当操作开关被按并且电刷70从而位于区(c)时，开关62a的端子B和端子C相连。因此，输入给比较器58的设定信号(电压)V0′具有由电阻R53和R54的比值对电源电压E1进行分压而确定的值，它是最大值。占空比为0％。当电刷70再移动时，它位于固定电极74c的区(b)上，这相应于开关62a的可动触头连于电阻R52(见图23)的状态。此时，由包括电位器VR2和电阻R51～R54的电路条件确定的设定信号(电压)V0′小于三角形波信号V4。结果，比较信号V5的占空比快速增加，如图25(a)所示。当电刷70在区(b)上滑动时，电位器VR2电阻的分压比被改变(见图23)，并且占空比随滑动位置成比例地增加。当电刷70已经达到桥接区(b)和(a)的位置从而短路这些区时，端子D和开关62a的端子B相连(见图23)。因此，设定信号(电压)成为0V，并且占空比急剧增加到100％，如图25(a)所示。简单地说，占空比随操作开关不断增加的按压按图25(a)所示的实线改变。
当操作开关稍微返回一些并且电刷70由区(a)移向区(b)时，占空比急剧从100％下降，如图25(a)所示。当电刷70已经达到桥接区(b)和(c)的位置从而把这些区短路时，端子C和开关62a的端子B相连(见图23)。因此，设定信号V0′的门限电压VH具有最大值，占空比急剧下降到0％，如图25(a)所示。简单地说，占空比随操作开关的返回按图25(a)的虚线所示而改变。
在图23的电路中，开关1和开关2直接接通和断开流过电机M的电流的路径。因此，需要考虑这些开关的耐用性。为此，应满足下述条件。
条件1：当开关1闭合或打开时占空比应该为0％。
条件2：当开关2闭合或打开时占空比应该是100％。
为满足上述条件，在电刷70和开关1、开关2之间采用下述设定。
设定1：当电刷70位于区(c)或处于桥接区(c)和(b)以使这些区短路时(见图25的部分(b)和(c))开关1闭合或打开。
设定2：当电刷70位于区(a)或处于桥接区(b)和(a)从而使这些区短路时(见图25的部分(b)、(c))，开关2闭合或打开。
如上所述，图26表示比较信号V5如何相对于操作开关行程被产生。当设定信号(电压)V0′变得小于三角形波信号V4的时刻(见图26(a))，比较输出V5开始起作用(见图26(b))。在图26中，t0代表当操作开关开始被按压的时刻，t1代表电刷70从区(c)移到区(b)的时刻，t2代表开关2的触头68闭合的时刻。从图26(c)可明显看出，和图26(b)常规情况相反，比较信号V5在本实施例中几乎在整个调速范围内被产生。
图27表示操作开关行程和电机转速之间的关系。该实施例的电机控制电路的特性由实线表示。在图27中，开关1的触头在行程S0闭合，总的调速范围S从行程S1开始，并且在行程S3，开关2的触头68打开。符号Na表示适于工作的有效转速范围。
从图27可明显看出，这种电机控制电路的特性，当行程达到总调速范围S时，转速急剧地增加，从而达到有效转速范围Na。此外，适用于工作的有效调速范围Sa′比常规电路的有效调速范围Sa要宽。

Claims (9)

1、一种直流电动机控制电路，包括：
一连接到直流电动机的半导体开关元件，用来控制流过直流电动机的电流；
用来提供设定电压的电压设定部件；
第一比较电路，用来将半导体开关元件两端的电压与设定电压进行比较，并产生比较信号；
用来产生参考电压信号的参考电压产生电路；以及
第二比较电路，用来将参考电压信号与比较信号进行比较，并产生驱动信号，用来控制半导体开关元件的通断，其特征在于，还包括开关电路，用来当半导体开关元件截止时向第一比较电路提供半导体开关元件两端之间的电压。
2、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括用于给第一比较电路提供半导体开关元件两端之间电压的滤波电压的滤波电路。
3、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括保护电路，用来将当半导体开关元件导通时其两端之间的电压与预定电压进行比较，如果半导体开关元件两端的电压大于预定电压时，强迫第二比较电路截止半导体开关元件。
4、一种直流电动机控制电路，包括：
一连接到直流电动机的半导体开关元件，用来控制流过直流电动机的电流；
用来提供设定电压的电压设定部件；
第一比较电路，用来将半导体开关元件两端的电压与设定电压进行比较，并产生比较信号；
用来产生参考电压信号的参考电压产生电路；以及
第二比较电路，用来将参考电压信号与比较信号进行比较，并产生驱动信号，用来控制半导体开关元件的通断，其特征在于，还包括借助于非线性特性用来校正设定电压的电压校正电路。
5、如权利要求4所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括用于给第一比较电路提供半导体开关元件两端之间电压的滤波电压的滤波电路。
6、如权利要求4所述的直流电动机控制电路，其特征在于，电压校正电路包括用来提供非线性特性的二极管。
7、如权利要求4所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括保护电路，用来将当半导体开关元件导通时其两端之间的电压与预定电压进行比较，如果半导体开关元件两端的电压大于预定电压时，强迫第二比较电路截止半导体开关元件。
8、如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括一直流电动机。
9、如权利要求4所述的直流电动机控制电路，其特征在于，还包括一直流电动机。
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