CN106329957B - 电动工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动工具及其控制方法，其中电动工具包括：电机；电源模块，整流模块，控制模块，驱动模块，在整流模块输出第一电压值时，控制模块输出第一占空比值的驱动信号；在整流模块输出第二电压值时，控制模块输出第二占空比值的驱动信号；在第一电压值大于第二电压值时，第一占空比时小于第二占空比值；该方法包括在整流模块的输出电压较大时控制模块输出占空比较小的驱动信号，在整流模块的输出电压较小时控制模块输出占空比较大的驱动信号；采用以上的方案可以是电机在变化电压的直流电作为电源的情况下平稳的运行同时节约了电动工具元器件所占用的空间。

Description

电动工具及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动工具及其控制方法。

背景技术

对于使用交流电作为电源的电动工具而言，由于接入的交流电本身存在一定幅度的变化，即使在整流和调幅之后输出的电压仍然存在一定幅度的变化，如果变化的幅度较大会影响电机的平稳转动。

发明内容

电动工具，包括：电机；电源模块，用于接入交流电源；整流模块，用于将电源模块接入的交流电转化为直流电；控制模块，用于发送驱动信号；驱动模块，用于在驱动信号的控制下驱动电机；在整流模块输出第一电压值时，控制模块输出第一占空比值的驱动信号；在整流模块输出第二电压值时，控制模块输出第二占空比值的驱动信号；在第一电压值大于第二电压值时，第一占空比时小于第二占空比值。

进一步地，控制模块所发送的驱动信号的占空比值根据整流模块输出的电压值进行调整，在整流模块输出的电压升高时控制模块降低所输出的驱动信号的占空比。

进一步地，控制模块所发送的驱动信号的占空比值与整流模块输出的电压值对应。

进一步地，控制模块电连接至整流模块输出电流的正极，驱动模块与控制模块电连接。

进一步地，电动工具还包括：滤波模块，用于调整整流模块输出电压的幅度；

滤波模块分别连接至整流模块输出电流的正极和负极。

进一步地，整流模块输出电流的正极和负极之间的电压变化的幅值大于等于输入整流模块的电压的单边幅值的50%。

进一步地，整流模块的等效电容值的取值范围为1至30微法。

进一步地，电动工具还包括：电压检测模块，用于检测电机的电压，电压检测模块分别与电机和控制模块电连接并在整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对电机的电压进行检测。

进一步地，电动工具还包括：电流检测模块，用于对流经电机的电流进行检测；电流检测模块分别与电机和控制模块电连接；并在整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对电机的电流进行检测。

一种电动工具的控制方法，包括如下步骤：

检测整流模块的输出电压；

控制模块向驱动模块发送控制信号；

驱动模块在控制信号的控制下驱动电机；

在整流模块的输出电压较大时控制模块输出占空比较小的驱动信号，在整流模块的输出电压较小时控制模块输出占空比较大的驱动信号。

附图说明

图1是本发明的电动工具的一个优选实施例的框图；

图2是本发明中电机与驱动电路的一个优选实施例示意图；

图3是本发明中整流模块输出的直流电的电压值V与驱动信号的占空比值D以及电机电流I的对应关系图；

图4是交流电源的电压变化的波形示意图；

图5是整流模块输出电流的正极和负极之间的电压变化的波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明的电动工具包括：电机、电源模块、整流模块、控制模块、驱动模块。

其中，电源模块用于接入交流电，更具体而言，电源模块可以具有变压的作用，这可以通过设置两个不同线圈实现。

整流模块用于将电源模块接入的交流电转化为直流电，具体而言，整流模块可以包括一个桥式整流电路，其可以将输入整流模块的交流电转化为直流电。整流模块具有两个输入端用于接入交流电，同时整流模块具有输出正极和输出负极用于输出直流电。

驱动模块用于驱动电机。更具体而言，电机为无刷电机，驱动模块包括若干半导体开关，这些半导体开关在导通时使电机某相绕组接入回路中从而使电机转动。

作为一种优选方案，电机为三相绕组的电机，驱动模块中包括一个如图2所示的六臂全桥的驱动电路。

如图2所示，该六臂全桥驱动电路由6个MOSFET开关控制，分时的导通它们中两个可以实现对电机的驱动。作为优选，可以采用IGBT开关代替图2所示的MOSFET开关。

如图1所示，控制模块用于向驱动模块发送驱动信号。具体而言， 控制模块所发送的驱动信号为脉冲信号。

该脉冲信号输出到对应的半导体开关的控制端，比如MOSFET的栅极，在脉冲信号处于高电平时，对应的半导体开关处于导通状态，在脉冲信号处于低电平时，对应的半导体开关处于关断状态。这样一来可以通过调节所述脉冲信号高电平的占空比来调整通过电机的电流。

当然也可采用与上述方案相反的方式，采用低电平来使半导体开关导通，而在高电平时使半导体开关截止，此时调整脉冲信号低电平的占空比同样可以调整电机的电流。

更具体而言，控制模块包括一个MCU芯片，该MCU芯片用于输出相应的驱动信号。

如果控制模块需要向如图2所示六臂全桥的驱动电路发送驱动信号，一般而言，控制模块至少具有6个相应的信号输出端口，它们用于分别向各个半导体开关发送驱动信号。

控制模块在进行控制时根据整流电路输出的直流电的电压值调整其输出的驱动信号中能使驱动模块中半导体开关导通的电位的占空比。

具体到图2所示的方案而言，就是控制模块能调整其输出的驱动信号的高电平或低电平的占空比，而这种调整是与整流模块输出的直流电的电压相适配的，在整流模块输出第一电压值时，控制模块输出第一占空比值的驱动信号；在整流模块输出第二电压值时，控制模块输出第二占空比值的驱动信号；在第一电压值大于第二电压值时，第一占空比时小于第二占空比值。

这样一来，如图3所示，在整流模块输出的直流电的电压周期性变化的一个周期内，在整流模块输出的直流电的电压较高时，控制模块采用较低的占空比值进行补偿，而在整流模块输出的直流电的电压较低时，控制模块采用较高的占空比值来进行补偿，这能使通过电机的电流稳定在一定的范围内。

作为优选方案，为了使控制模块能够检测整流模块输出的直流电的电压，控制模块电连接至整流模块输出电流的正极，控制模块中的MCU芯片可以通过该处采集电压信号。

通过以上的方案，通过以软件控制的方式实现占空比根据电压值变化从而保证了电机能被相对稳定的电流所驱动，提高了电机运行的平稳程度，并且采用这样的方案，降低了对硬件电路的要求，不需要由硬件电路来大幅降低整流模块输出电压的幅度，首先这降低了硬件成本，其次由于用于电压调幅的电子元件的能力往往依赖于其物理尺寸这样一来能够节约空间使整机尺寸更加紧凑，再次由于整流模块输出的电压的幅度较大便于提高电机的功率因数提高电能利用率。

作为一种优选方案，为了滤除整流模块输出的电压中纹波，电动工具还包括滤波模块，其用于调整整流模块输出电压的幅度；如图1所示，滤波模块分别连接至整流模块输出电流的正极和负极。在滤波模块中至少包括一个电容元件。

为了保证整流模块输出的电压的幅度以保证较高的功率因数，作为优选方案，整流模块输出电流的正极和负极之间的电压变化的幅值ΔU2大于等于输入整流模块的电压的单边幅值ΔU1的50%。整流模块输出电流的正极和负极之间的电压的最大值与最小值之比的取值范围为1至30微法。这样可以节约空间，保证在硬件电路中不存在物理尺寸较大的电容元件。

并且可以保证经过整流和滤波后的电压波形能有效覆盖电机的额定电压并在该额定电压以上具有足够幅度已获得较大的功率因数。

另外为了实现对电机的保护以及实现以上的控制方案，作为优选方案，电动工具还包括：电压检测模块，用于检测电机的电压，电压检测模块分别与电机和控制模块电连接并在整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对电机的电压进行检测。同时，电动工具还包括：电流检测模块，用于对流经电机的电流进行检测；电流检测模块分别与电机和控制模块电连接；并在整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对电机的电流进行检测。

采集电压是为了实现根据电压控制占空比，采集电流时为了保护电机不被大电流损坏。

为了实时的监控，应当尽可能提高采集频率，以及时的应对电压的变化而控制占空比。

另外，本申请提供一种控制方法，包括如下步骤：

检测整流模块的输出电压；

控制模块向驱动模块发送控制信号；

驱动模块在控制信号的控制下驱动电机；

在整流模块的输出电压较大时控制模块输出占空比较小的驱动信号，在整流模块的输出电压较小时控制模块输出占空比较大的驱动信号。

作为优选方案，使整流模块所输出的电压变化的幅值ΔU2为输入整流模块的电压的单边幅值ΔU1的50%

作为优选方案，对电机进行逐周期的电流检测，并根据电流值控制控制模块驱动信号的占空比以进行电压补偿。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.电动工具，包括：

电机；

电源模块，用于接入交流电源；

整流模块，用于将所述电源模块接入的交流电转化为周期性变化的直流电；所述整流模块输出电流的正极和负极之间的电压变化的幅值大于等于输入所述整流模块的电压的单边幅值的50％；所述整流模块的等效电容值的取值范围为1至30微法；

控制模块，电连接至所述整流模块输出电流的正极，用于发送驱动信号；

驱动模块，用于在所述驱动信号的控制下驱动所述电机；

在所述整流模块输出第一电压值时，所述控制模块输出第一占空比值的驱动信号；

在所述整流模块输出第二电压值时，所述控制模块输出第二占空比值的驱动信号；

在所述第一电压值大于所述第二电压值时，所述第一占空比时小于所述第二占空比值；

所述控制模块所发送的驱动信号的占空比值根据所述整流模块输出的电压值进行调整，以使所述电机能被相对稳定的电流所驱动。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，在所述整流模块输出的电压升高时所述控制模块降低所输出的驱动信号的占空比。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，所述控制模块所发送的驱动信号的占空比值与所述整流模块输出的电压值对应。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述驱动模块与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

滤波模块，用于调整所述整流模块输出电压的幅度；

所述滤波模块分别连接至所述整流模块输出电流的正极和负极。

6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

电压检测模块，用于检测所述电机的电压，

所述电压检测模块分别与所述电机和所述控制模块电连接并在所述整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对所述电机的电压进行检测。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

电流检测模块，用于对流经所述电机的电流进行检测；

所述电流检测模块分别与所述电机和所述控制模块电连接；并在所述整流模块输出的周期性变化的直流电的每个周期内均对所述电机的电流进行检测。

8.一种电动工具的控制方法，

该电动工具包括：电源模块，用于接入交流电源；

整流模块，用于将所述电源模块接入的交流电转化为直流电；所述整流模块输出电流的正极和负极之间的电压变化的幅值大于等于输入所述整流模块的电压的单边幅值的50％；所述整流模块的等效电容值的取值范围为1至30微法；

控制模块，用于发送驱动信号；

驱动模块，用于在所述驱动信号的控制下驱动电机；

所述控制方法包括：

检测所述整流模块的输出电压；

所述控制模块向所述驱动模块发送控制信号；

所述驱动模块在所述控制信号的控制下驱动所述电机；

在所述整流模块的输出电压较大时所述控制模块输出占空比较小的驱动信号，在所述整流模块的输出电压较小时所述控制模块输出占空比较大的驱动信号，以使所述电机能被相对稳定的电流所驱动。