DE3836516A1

DE3836516A1 - Gleichstrommotor-geschwindigkeitssteuerung mit schutzvorrichtung

Info

Publication number: DE3836516A1
Application number: DE3836516A
Authority: DE
Inventors: Richard Francis Schmerda; James Edward Hansen
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1989-05-11
Also published as: US4851743A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Gleichstrom motoren, wie beispielsweise bei batteriegetriebenen Motoren für tragbare Werkzeuge mittlerer und höherer Leistung. Ein Schutz gegenüber übermäßigem Motorstrom ist zweckmäßig, um die Schädigung des Motors und seiner Drehzahlsteuervorrichtung zu verhindern. Ein Schutz ist auch gegenüber dem Betrieb bei sehr niedriger Batteriespannung erwünscht, da dies eine Schädigung der Batterie oder eine übermäßig lange Batterieaufladezeit zur Folge haben könnte.

Zusammenfassung der Erfindung. Ein Ziel der vorliegenden Er findung besteht darin, eine Drehzahlsteuervorrichtung vorzu sehen, die unabhängig von der Position eines handbetätigten Drehzahlhebels, wie beispielsweise des Auslösers einer elek trischen Bohrmaschine, die Drehzahl des Gleichstrommotors steuert, und zwar durch Impulsbreitenmodulationssteuerung des Motorstroms. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Drehzahlsteuerung mit einem Unterspannungsschutzsystem auszustatten, welches den Stromfluß zum Motor dann stoppt, wenn die Spannung der Leistungsquelle, wie beispielsweise einer Batterie, unter einem vorbestimmten Schwellenwert ab sinkt und wobei diese Steuerung eine Hysterese besitzt mit einer unterschiedlichen Schwellenspannung zum erneuten Starten im Gegensatz zum Schwellenwert für das Abschalten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Drehzahl steuerung anzugeben mit einem Schutzsystem, welches eine Ver riegelung oder eine Schädigung der Unterspannungsschutzschal tungen verhindert, wenn die Batteriespannung sehr hoch ist, wie dies beispielsweise der Fall sein kann, wenn eine neue oder frisch geladene Batterie Verwendung findet. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Drehzahlsteuervorrich tung anzugeben mit einem Schutzsystem, welches den Strom zum Motor dann stoppt, wenn der Strom größer wird als ein vorbe stimmter zeitintegrierter Schwellenwert, wie dies auftreten könnte während einer Überlastung des Werkzeuges, und daß fer ner der Motor daran gehindert wird, erneut zu starten, solange bis die Leistung für die Drehzahlsteuerschaltung abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird. Ein weiteres Ziel der Er findung besteht darin, eine Drehzahlsteuerschaltung anzugeben, bei der ein invertierender Verstärker Stromüberlastungen und ihre Zeitdauern feststellt und diese mit einer Bezugsgröße in einer unüblichen Zenerdiodenrückkopplungsschaltung vergleicht.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt die alleinige Fig. 1 ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines bevorzugten Ausführungs beispiels der Erfindung.

Es sei nunmehr das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfin dung im einzelnen beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Gleichstrom motor M, der mechanisch mittels einer Welle S mit einer mecha nischen Last, wie beispielsweise einem Werkzeug, verbunden ist, welches in der Figur nicht dargestellt ist. Die Leistung für den Motor M wird von einer nicht gezeigten 36 Volt Batte rie geliefert, für die positive und negative Eingangsklemmen an der Steuerung mit B+ bzw. B- bezeichnet sind. Die Drehzahl des Motors wird dadurch gesteuert, daß man seinen Strom mit tels eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) Q 1 schnell ein- und ausschaltet. Der MOSFET Q 1 wird durch ein Wechselstromsignal mit konstanter Frequenz gesteuert, dessen Arbeitszyklus oder Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis aus Ein-Zeit zu AUS-Zeit einstellbar ist.

Die Steuervorrichtung umfaßt fünf Unterschaltungen, nämlich:

A) einen Impulsbreitenmodulationsoszillator, B) eine Unter spannungsschutzschaltung, C) eine Überstromschutzschaltung, D) Logikgatter und puffermittel, und E) einen Leistungsschalt kreis.

A) Der Impulsbreitenmodulationsoszillator. Ein Operationsver stärker A ist Teil eines mit konstanter Frequenz arbeitenden ein veränderbares Tastverhältnis aufweisenden Rechteckwellen oszillators. Er erzeugt ein Signal, das dazu verwendet wird, den MOSFET Q 1 Impulsbreiten zu modulieren, um eine Drehzahl steuerung des Motors M vorzusehen. Andere Komponenten des Os zillators sind die Widerstände R 6, R 8, R 9, R 10 und R 11, das Drehzahlsteuerpotentiometer R 7 (Trigger), Dioden D 3 und D 4 und Kondensator C 1.

Die Widerstände R 6 und R 8, Potentiometer R 7 und Dioden D 3 und D 4 sehen eine Steuerung der relativen Dauern der EIN- und AUS- Intervalle der Oszillatorausgangsgröße am Stift 1 des Opera tionsverstärkers A vor. Das Tastverhältnis wird eingestellt durch die Position des Potentiometers R 7. Die Werte vom Poten tiometer R 7 und Kondensator C 1 steuern die Frequenz der Oszil lation, die annähernd 3 KHz beträgt und im wesentlichen unab hängig vom Tastzyklus oder Tastverhältnis ist.

Die Widerstände R 6 und R 8 legen die maximal- bzw. minimalmög lichen Tastverhältnisse fest. Die Widerstände R 10 und R 11 bil den einen Spannungsteiler zwischen den regulierten +24 Volt und B-, wobei dessen Verbindungspunkt eine Spannungsbezugs größe für den nicht invertierenden Eingang, Stift oder Pin 3 vorsieht. Die Widerstände R 9 und R 10 bilden einen Spannungs teiler vom Ausgang des Operationsverstärkers A, Pin oder Stift 1 zu B-, und ihr Verbindungspunkt stellt auch die Verbindung her zum nichtinvertierenden Eingang, Pin 3; dies vermindert die Empfindlichkeit des Oszillators gegenüber Rauschen und sieht eine stabilere Ausgangsgröße vor. Die Spannung am Stift oder Pin 3 wird mit der Spannung am invertierenden Eingang Pin 2 verglichen. Die Spannung am Pin 2 wird durch die Ladung am Kondensator C 1 gesteuert, dessen andere Klemme mit B- verbun den ist.

Die Schaltung schwingt oder oszilliert, weil Kondensator C 1 abwechselnd geladen und entladen wird, und zwar über das Tast verhältnissteuernetzwerk durch den Ausgang (Pin 1) des Opera tionsverstärkers A. Jedes Lade- und Entladeintervall von C 1 endet, wenn die Spannung am Pin 2 die Schwellenspannung des Pins 3 kreuzt.

Wenn das Drehzahlpotentiometer R 7 auf einen Extremwert einge stellt wird nahe R 6, so lädt sich der Kondensator C 1 relativ schnell über die Diode D 3 und Widerstand R 6 und entlädt sich relativ langsam über R 7, R 8 und die Diode D 4. Dies hat ein langes Tastverhältnis und eine hohe Motordrehzahl zur Folge. Wenn R 7 auf den anderen Extremwert nahe R 8 eingestellt wird, so lädt sich der Kondensator C 1 langsam auf und entlädt sich schnell, was ein kurzes Tastverhältnis und somit eine geringe Motordrehzahl vorsieht. Natürlich ergeben dazwischenliegende Einstellungen von R 7 dazwischen liegende Tastverhältnisse und mittlere Motordrehzahlen.

B) Unterspannungsschutzschaltung. Ein Operationsverstärker B ist Teil eines Unterspannungskomparators, der bestimmt, ob die Batteriespannung oberhalb oder unterhalb vorbestimmter Schwel lenwerte liegt. Die Widerstände R 1, R 2, R 3, R 4 und R 5 und die Dioden D 1 und D 2 sind weitere Komponenten der Unterspannungs abfühlschaltung. Es handelt sich um einen invertierenden Kom parator mit Hysterese und mit Schutz seiner eigenen Schaltun gen gegenüber Schädigung durch Batterieüberspannung.

Die Widerstände R 3 und R 4 sind als Spannungsteiler geschaltet, und zwar zwischen der regulierten +24 Volt Spannungsversorgung und B-, um eine Bezugsspannung vorzusehen. Ihr Verbinduhngs punkt liegt am nicht-invertierenden Eingang, dem Stift oder Pin 5 des Operationsverstärkers B. Für Spannungsabfühlzwecke wird eine Probe der Batteriespannung durch Subtraktion durch Zenerdiode D 1 reduziert. Der Widerstand R 2 zieht genug Strom durch die Zenerdiode D 1 nach B-, um zu bewirken, daß D 1 seine volle Netzspannung von 15 Volt von B+ abzieht.

Wenn die an den invertierenden Eingang Pin 6 angelegte Span nung höher liegt als die am nicht-invertierenden Eingang, dem Pin 5, so geht die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers B am Pin 7 nach unten (auf eine niedrigere Spannung). Dies er möglicht, wie im folgenden Absatz D erläutert, dem Wechsel stromsignal des Oszillators A den Leistungs-MOSFET Q 1 zu er reichen, um die Motordrehzahlsteuerung vorzusehen.

Wenn die an den invertierenden Eingang angelegte Spannung nie driger ist als die am nicht-invertierenden Eingang, so ist die Batteriespannung so niedrig, daß ein Unterspannungssignal er zeugt wird. Die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers B geht nach oben und der Leistungs-MOSFET Q 1 wird abgeschaltet, was das Laufen des Motors verhindert. Der weitere Gebrauch des Werkzeugs erfordert eine Wiederaufladung oder eine neue Batte rie. Der Wert der Abschaltschwelle bestimmt, welcher Teil der Amperestundenkapazität der Batterie verbraucht wird, bevor das Werkzeug abgeschaltet wird.

Die Spannung an der Verbindung von D 1 und R 2 ist normalerweise kleiner als die 24 Volt, die zur Leistungsversorgung des Ope rationsverstärkers verwendet werden, wenn aber die Batterie frisch ist, so kann die Batteriespannung viel größer sein als ihre Nennspannung von 36 Volt. Sie kann bis zu 44 Volt errei chen, was an R 2 eine Spannung zur Folge haben würde, die so groß wäre, daß der Verstärker B geschädigt würde, wenn sie di rekt mit der invertierten Eingangsklemme 6 des Verstärkers B in Verbindung stünde. Der Widerstand R 1 verbindet R 2 mit Pin 6, um den Strom an Pin 6 auf ein harmloses 0,1 mA-Niveau unter solchen Bedingungen zu begrenzen.

Die Diode D 2, deren Anode mit der Eingangsklemme 6 und der Ka thode mit der Klemme 5 verbunden ist, schützt die Eingangs schaltung des Operationsverstärkers B gegen Überspannung. Der invertierende Eingang 6 ist niemals mehr als 0,7 Volt positi ver als der nicht-invertierende Eingang. D 2 und R 1 verhindern eine Verriegelung oder Schädigung des Operationsverstärkers B.

Der Widerstand R 5 stellt die Verbindung her von der Ausgangs klemme 7 des Verstärkers B zur Eingangsklemme 5, um Hysterese vorzusehen; seine positive Rückkopplung oder Mitkopplung schaltet den Komparator bei einer unterschiedlichen Spannung ab, gegenüber der Spannung, bei der das Einschalten geschieht. Dies hat den Effekt der Anderung der Bezugsspannung am Pin 5 in einem gewissen Ausmaß in Richtung der am Pin 7 vorhandenen Ausgangsspannung.

Die Hysterese verhindert Rauschen und Belastungen an der Bat terie in unerwünschter Weise den Ausgang des Komparators B schalten, wenn die Batteriespannung klein ist. In diesem Aus führungsbeispiel werden 5 Volt Hysterese vorgesehen, so daß bei einer 36 Volt Batterie der Motor Drehzahlsteuerung be sitzt, wenn die Batteriespannung 31 Volt oder oberhalb ist und abgeschaltet wird, wenn die Batterie sich auf 26 Volt oder da runter entlädt. Im Bereich von 26 bis 31 Volt ist die Steue rung eingeschaltet, wenn die Annäherung von oberhalb 31 Volt aus erfolgt und ausgeschaltet, wenn die Annäherung von unter halb 26 Volt aus erfolgt.

C) Überstromschutzschaltung. Ein Operationsverstärker C ist Teil einer Überstromabfühlschaltung, die anzeigt, wann der durch den Motor M gezogene Strom eine vorbestimmte Schwelle übersteigt. Andere Komponenten der Überstromschaltung sind die Widerstände R 18, R 19, R 20 und R 21, die Kondensatoren C 3 und C 4 sowie die Zenerdiode D 8. Die Schaltung ist ein invertierender Verstärker, der eine Integrationsfähigkeit besitzt und als ein Verriegelungskomparator wirkt.

Der Widerstand R 18 ist ein Stromabfühlwiderstand, der eine Spannung proportional zum Motorstrom entwickelt. Wenn der Mo torstrom sich an der Schwelle der Überstromabschaltung in die sem Falle 12 Ampere befindet, sieht R 18 ein Signal von annä hernd 100 Millivolt vor. Das Signal von R 18 läuft über einen Serienwiderstand R 20 und wird von einer nicht-invertierenden Eingangsklemme 10 des Operationsverstärkers C aufgenommen. Das Potential des B- Endes von R 18 wird über Widerstand R 21 zur invertierenden Eingangsklemme 9 des Verstärkers 10 geleitet. Die Differenzspannung der Klemme 9 und 10 wird mit einer Span nungsverstärkung von ungefähr 100 verstärkt, was bestimmt wird, durch das Verhältnis des negativen Rückkopplungswider standes R 19 und des Widerstandes R 21. Die Widerstände R 21 und R 20 haben vorzugsweise den gleichen Widerstandswert, um die Fehlerspannung infolge irgendwelcher Versetzungen oder Unter schiede der Eingangsvorspannströme des Operationsverstärkers C zu minimieren. Die Verwendung einer einstufigen integrierenden und verriegelnden Verstärkerschaltung zur Abfühlung des Motor stroms in einem Widerstand ist ungewöhnlich. Die Schaltung ar beitet in zufriedenstellender Weise, um den Wert des Motor stroms abzufühlen, und zwar trotz der Tatsache, daß der Stift oder Pin 9 nicht auf dem B- Potential gehalten werden kann, weil die hohe Verstärkung des Verstärkers C einen kleinen Wert von R 21 diktiert.

Der Kondensator C 3 vom Pin 10 zu B- reduziert die Empfindlich keit des Verstärkers gegenüber Rauschen, wie dies beispiels weise durch die Motorbürsten erzeugt wird. Der Rückkopplungs kondensator C 4, parallel zu R 19, bewirkt, daß der Verstärker auch als ein Integrator und eine Zeitverzögerungsvorrichtung arbeitet. Der Kondensator C 4 verhindert das Rauschen, das die Schaltung auslöst. Wegen des Kondensators C 4 bewirken große Stromanstiege kurzer Dauer, wie beispielsweise der Motoran laufstrom beim Starten, kein unerwünschtes Auslösen der Über stromschutzschaltung. Die Werte von Widerstand R 21 und Konden sator C 4 bestimmen die Länge der Zeit, während welcher ein großer Strom, bezogen durch den Motor, ignoriert wird. In die sem Ausführungsbeispiel ist die Verzögerung annähernd 0,25 Se kunden zum Starten des Motorstroms.

Wenn der Motorstrom übermäßig groß ist für eine größere Zeit spanne als die des normalen Einschaltüberlaststromes, so wurde das Werkzeug wahrscheinlich überlastet. Daraufhin steigt die Ausgangsspannung am Pin 8 des Operationsverstärkers C an. Wenn die Spannung am Pin 8 hinreichend positiv ist, fängt Strom an (in Durchbruchrichtung) in der Zenerdiode D 8 zu fließen und Eingangsstrom wird an Pin 10 geliefert. Dies ist die Überstromabfühlschwelle, die durch R 18 beeinflußt wird, die Verstärkung des Operationsverstärkers C (eingestellt durch das Verhältnis der Widerstände R 19 und R 21), und die Nennspannung der Zenerdiode D 8. Auf diese Weise wird die Aufmerksamkeit auf die Verwendung einer Zenerdiode gelenkt. Sobald die vorbestimmte Überstromschwelle erreicht ist, verriegelt die Diode D 8 den Verstärker C in einem hochpositiven Ausgangszu stand in der folgenden Weise.

Die Rückkopplung zum Eingangspin 10 ist regenerativ, so daß die Spannung am Ausgangspin 8 zur +24 Volt Versorgungsspannung hin ansteigt. Dies schaltet den Wechselstromgateantrieb oder -driver zum MOSFET Q 1, wie oben beschrieben, ab, was den Motor abschaltet. Weil der Rückkopplungsstrom am Eingangspin 10 den Verstärker C verriegelt hat, wird der Motorstrom ausgehalten. Die Verriegelung des Verstärkers C kann durch Abschalten der Leistung auf mindestens den Überstromschutzteil der Drehzahl steuerschaltung abgeschaltet werden. Im bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel wird die Leistung zur gesamten Schaltung durch einen Schalter SW in Fig. 1 unterbrochen, wenn der manuelle Trigger oder Auslöser völlig freigegeben ist. Daraufhin kann der Motor M durch Wiederanlegen der Leistung an die Drehzahl steuerschaltung über den Trigger erneut gestartet werden.

D) Logikgatter und Puffer. Ein Operationsverstärker D und seine zugehörigen Komponenten bilden ein Logikgate und Aus gangspuffer der "NOR" Bauart, um das Gate G des Leistungs- MOSFET Q 1 zu treiben. Mit dem Verstärker D assoziierte Kom ponenten sind die Widerstände R 12, R 13, R 14, R 16, R 17 und R 22 und die Dioden D 5, D 6, D 7 und D 10. Der "ODER"-Teil der logi schen "NOR"-Funktion wird durch Dioden D 5, D 6, D 7 und Wider stand R 12 vorgesehen.

Eine "Hoch"-Ausgangsgröße von entweder Pin 1 des Rechteckwel lenoszillators A, oder Pin 7 des Unterspannungskomparators B, oder von Pin 8 des Überstromabfühlverstärkers C wird durch Diode D 5 bzw. D 6 bzw. D 7 geleitet. Die Ausgangsgröße entwic kelt eine hohe positive Spannung am Shuntwiderstand R 12 und diese Spannung wird mit einem invertierenden Eingang, Pin 13 des Operationsverstärkers D verbunden. Der Verstärker D dient als ein invertierender Komparator, der das ge"ODER"te Signal an seinem invertierenden Eingang Pin 13 mit einer Bezugsspan nung vergleicht, die gebildet wird durch die Spannungsteiler widerstände R 13 und R 14 an einem nicht-invertierendem Eingang, dem Pin 12.

Die Spannung am Pin 13 relativ zu der am Pin 12 wird durch Verstärker D invertiert. Die resultierende invertierte "ODER"- Funktion ist äquivalent zu einer "NOR"-Funktion. Sie sieht eine "niedrige" Ausgangsgröße an einem Pin 14 des Verstärkers D vor, wenn die Spannung am Pin 13 positiv bezüglich der Span nung am Pin 12 ist. Der Pin 13 ist positiver als der Pin 12 unabhängig von der Ausgangsgröße des Oszillators A immer dann entweder Verstärker B oder Verstärker C eine "hohe" Ausgangs größe besitzt. Es sei auf die Verwendung von digitalen Logik signalen (empfangen von Schutzschaltungen) als Eingangsgrößen zu einer "NOR"-Logikschaltung hingewiesen, wobei eine andere Eingangsgröße derselben ein impulsbreitenmoduliertes Drehzahl steuersignal ist. Die Logiksignale übersteuern die Drehzahl steuerung, wenn dies für die Zwecke des Schutzes notwendig ist.

Die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers D am Pin 14 treibt das Gate G des Leistungs-MOSFET′s Q 1 über in Serie geschaltete Widerstände R 16 und R 22. Die Zenerdiode D 10, geschaltet zwi schen den Verbindungspunkten von R 16 und R 22 und B- begrenzt die Spannung am Gate G von Q 1 auf ein Maximum von 15 Volt, um eine Schädigung des MOSFET′s zu verhindern. Der Widerstand 22 verhindert die Schädigung der Zenerdiode D 10 im Falle, daß Q 1 geschädigt wird.

Der vom Gate G zu B- liegende Widerstand R 17 ist ein Herab ziehwiderstand, der sicherstellt, daß Q 1 ausbleibt, wenn die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers D "niedrig" ist. Ein "Niedrig"-Signal am Gate G schaltet den Leistungs-MOSFET Q 1 ab, unterbricht den Strom zum Motor M und stoppt das Werkzeug. Auf diese Weise steuert der Oszillator A die Drehzahl des Mo tors nur dann, wenn die Batteriespannung ausreicht und der Mo tor nicht überlastet ist.

E) Leistungsschaltkreis. Die Batterieklemme B+ ist mit der positiven Klemme des Motors M 1 verbunden, dessen negative Klemme mit dem Leistungs-MOSFET Q 1 in Verbindung steht. Q 1 steht über den Stromabfühlwiderstand R 18 mit der Klemme B- in Verbindung. Der MOSFET Q 1 wird in einen leitenden oder nicht leitenden Zustand unter der Steuerung des Operationsverstär kers D geschaltet, um die Drehzahlsteuerung, die Unterspan nungsabschaltung und die Überstromabschaltung des Motors vor zusehen.

Die parallel zum Motor liegende Diode D 11 ist eine flyback oder Rücklaufdiode, die einen Pfad für die Entladung eines Zirkulationsstroms im Motor vorsieht, wenn Q 1 abschaltet. Ebenfalls parallel zum Motor ist ein Kondensator C 5 geschal tet, der das durch die Kommutation erzeugte Motorbürstenrau schen unterdrückt. Er wirkt in Kombination mit den Kondensa toren C 3 und C 4, um das unerwünschte Auslösen des Überstrom abschaltkreises durch Bürstenrauschen zu verhindern.

Die Leistungsversorgung. Die Leistungsversorgungsspannung für die Operationsverstärkerschaltungen ist eine mit +24 V be zeichnete Klemme. Eine einfache Shunt-regulierte Leistungs versorgung ist ausreichend, weil die Ströme der Steuerschal tungen klein sind und nicht sehr variabel. Der Widerstand R 15, der in Serie zwischen B+ und +24 Volt und die Zenerdiode D 9, die zwischen +24 Volt und B- liegen, regulieren die Spannung. Der Widerstand R 15 absorbiert die Spannungsdifferenz zwischen B+ und 24 Volt. Der zwischen +24 Volt und B- geschaltete Kon densator C 2 ist ein Leistungsversorgungsfilter zur Verhinde rung, daß Rausch- und Lastvariationen an der Batterie die Steuerschaltungen beeinflussen. Die +24 Volt sind an den Pin 4 angelegt, und die B- liegen am Pin 11 einer Halbleitervorrich tungspackung, die sämtliche Operationsverstärker A, B, C und D enthält.

Abwandlungen der Erfindung sind dem Fachmann gegeben.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Steuervorrichtung für einen batteriebetriebenen Gleichstrommo tor zur Steuerung des durchschnittlichen Motorstroms durch Ein- und Ausschalten eines in Serie geschalteten FET mit einem impulsbreitenmodulierten Gate-Signal. Die Motordrehzahl wird geändert durch die Änderung des Tastverhältnisses des Signals, welches durch einen Oszillator erzeugt wird. Eine Unterspan nungsschutzschaltung fühlt die Batteriespannung ab und ver gleicht sie mit einem Bezugssystem, das Hysterese besitzt. Eine Überlastschutzschaltung fühlt den Motorstrom ab, inte griert das abgefühlte Signal und vergleicht das Ergebnis mit einer Zenerreferenz- oder Bezugsdiode, die in einer Verstär kerschaltung für positive Rückkopplung (Mitkopplung) geschal tet ist. Die impulsbreitenmodulierte Ausgangsgröße des Oszil lators, die Ausgangsgröße der Unterspannungsschutzschaltung und die Ausgangsgröße der Überlastschutzschaltung werden in ein logisches "NOR" Gatter eingegeben, dessen Ausgangsgröße das Gate des FET treibt.

Claims

1. Geschwindigkeitssteuerung für einen Gleichstrommotor in Serie geschaltet mit einer Schaltvorrichtung, welche den durchschnittlichen Gleichstrom des Motors steuert, und zwar durch Steuerung des Tastverhältnisses, wobei die eine Eingangssteuerklemme aufweisende Schaltvorrichtung folgen des aufweist:
Oszillatormittel mit einem Kondensator zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit einem ersten Zeitintervall (Keule) während dem sich der Kondensator lädt und mit einem zweiten Zeitintervall (Keule) während dem sich der Kondensator entlädt;
Lademittel mit einem ersten Widerstand, der die Ladezeit beeinflußt und zum Laden des Kondensators während des er sten Zeitintervalls (Keule) des Wechselstromsignals angeschaltet ist;
Entlademittel mit einem zweiten Widerstand, der die Entla dezeit beeinflußt und die während des zweiten Zeitintervalls (Keule) des Wechselstromsignals zum Entladen des Kondensators angeschaltet sind;
Drehzahleinstellmittel zum Einstellen der Relativwerte der ersten und zweiten Widerstände zur Steuerung des Tastver hältnisses des Wechselstromsignals; und
Mittel, welche das Wechselstromsignal mit der Eingangs steuerklemme der Schaltvorrichtung verbinden, um den durchschnittlichen Gleichstrom des Motors zu steuern.

2. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oszillatormittel Operationsverstärkermittel aufweisen mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertieren den Eingang und einem Ausgang, und zwar zur Verstärkung der Differenz zwischen den an die Eingänge angelegten Spannungen;
daß die Kapazitäts- oder Kondensatormittel eine Kapazität aufweisen, die verbunden ist mit dem nicht-invertierenden Eingang und einem Schaltungspunkt mit festem Potential niedriger als das Potential des nicht-invertierenden Ein gangs;
daß die Lademittel den ersten Widerstand in Serie mit einer ersten Diode aufweisen, angeschaltet zum Übertragen des Ladestromes vom Ausgang zur Kapazität; und
daß die Entlademittel den zweiten Widerstand in Serie mit einer zweiten Diode aufweisen, um den Entladestrom von dem Kondensator zum Ausgang zu übertragen.

3. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahleinstellmittel Potentiometermittel aufwei sen, und zwar derart verbunden, daß sie einen Teil von mindestens einem der ersten und zweiten Widerstände bil den, um das Verhältnis des ersten Widerstands zum zweiten Widerstand zu ändern.

4. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorspannmittel vorgesehen sind, um eine Vorspannung am nicht-invertierenden Eingang vorzusehen, wobei die Vor spannmittel einen Spannnungsteiler aufweisen, der zwischen Punkten festen Potentials in der Drehzahlsteuerung liegt und mit einer Verbindung mit dem nicht-invertierenden Eingang von dem teilenden Verbindungspunkt des Spannungsteilers.

5. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichet, daß die Vorspannmittel ferner Widerstands-Hysteresemittel aufweisen, welche den Ausgang mit dem nicht-invertierenden Eingang verbinden.

6. Drehzahlsteuerung für einen Gleichstrommotor in Serie ge schaltet mit einer Schaltvorrichtung, welche den durch schnittlichen Gleichstrom des Motors der Steuerung des Schaltens des Tastverhältnisses steuert, wobei folgendes vorgesehen ist:
Oszillatormittel zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit steuerbarem Tastverhältnis;
Mittel zur Verbindung des Wechselstromsignals mit der Ein gangssteuerklemme der Schaltvorrichtung zur Steuerung des durchschnittlichen Gleichstroms des Motors;
Überlastschutzmittel zum Abschalten der Schaltvorrichtung infolge eines übermäßigen Stromflusses im Motor, wobei die Überlastschutzmittel folgendes aufweisen:
Stromabfühlmittel zur Erzeugung eines den Motorstrom an zeigenden Signals;
Vergleichsmittel, ansprechend auf das Signal von den Stromabfühlmitteln zum Vergleich des Signals mit einer vorbestimmten Bezugsgröße und Abgeben eines Überlastsi gnals beim Auftreten einer Überlast;
erste Übersteuerungsschaltmittel zur Verbindung des Über lastsignals mit der Eingangssteuerklemme der Schaltmittel zum Abschalten der Schaltvorrichtung unabhängig vom Wech selstromsignal der Oszillatormittel.

7. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel Integrationsmittel zum Integrie ren des Motorstromabfühlmittelsignals aufweisen, wodurch diese Integration unerwünschte spurenartige oder Störbetä tigungen der Überlastschutzmittel vermindert.

8. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorstromabfühlmittel Widerstandsmittel aufwei sen, um einen Spannungsabfall zu erzeugen und ferner mit Klemmen und in Serie geschaltet mit der Schaltvorrichtung, und daß die Vergleichsmittel Verstärkermittel aufweisen mit invertierenden und nicht-invertierenden Eingängen, Verstärkung und einem Ausgang, und wobei jede der Spannun gen an den Widerstandsklemmen einem der invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge der Vergleichsmittel zuge führt wird.

9. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkermittel einen Operationsverstärker auf weisen, der derart angeordnet ist, daß er sämtliche fol genden Funktionen ausführt: (a) Verstärkung der Differenz zwischen den Spannungssignalen an den Widerstandsmittel klemmen, (b) Integration zum Erhalt von Geräuschreduktion und Zeitverzögerung der Differenz, und (c) Verriegelung der Schutzmittel in einem Überlastungssignalzustand, und zwar beginnend beim Auftreten eines Überlastsignalzustan des, bis die Freigabe erfolgt.

10. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Funktionen (a), (b) und (c) durch vier externe Komponenten ausgeführt werden, und zwar in Verbindung mit dem Operationsverstärker, nämlich einem Serieneingangswi derstand, einem Gegenkopplungswiderstand, einem Gegenkopp lungskondensator und einer Mitkopplungszenerdiode.

11. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 6, wobei die Überstrom schutzmittel Verriegelungsüberstromschutzmittel aufweisen, wobei die Verriegelungsmittel Zenerdiodenmittel umfassen, und zwar geschaltet vom Ausgang zu dem nicht-invertieren den Eingang der Verstärkermittel und polarisiert zur Lei tung konventionellen Stroms in einer Ausfallbetriebsart von der Ausgangsklemme zu der nicht-invertierenden Ein gangsklemme, wodurch die Zenerdiode in Verbindung mit der Verstärkung des Verstärkers sowohl (a) als eine Überlast bezugsschwelle als auch (b) als eine Verriegelung dient, um Strom an die nicht-invertierende Eingangsklemme zu lie fern, und um den Verstärker im verriegelten Zustand zu halten, nachdem die Schwelle überstiegen ist.

12. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Schaltmittel, betätigbar zum Abtrennen der Leistung von mindestens den Überstromschutzmitteln, um die Verriege lungsmittel zu entriegeln.

13. Drehzahlsteuerung für einen Gleichstrommotor in Serie ge schaltet mit einer Schaltvorrrichtung, welche den durch schnittlichen Strom des Motors steuert, und zwar durch Steuerung des Tastverhältnisses oder Arbeitszyklus, wobei die Schaltvorrichtung eine Eingangssteuerklemme und ferner folgendes aufweist:
Oszillatormittel zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit einem steuerbaren Tastverhältnis oder Arbeitszyklus, Mittel zur Verbindung des Wechselstromssignals mit der Eingangssteuerklemme der Schaltvorrichtung,
Unterspannungsschutzmittel zur Erzeugung eines Unterspan nungssignals beim Auftreten eines Niedrig-Batteriezustands unterhalb eines vorbestimmten Schwellenspannungsniveaus oder -pegels und
zweite Übersteuerungsschaltmittel zur Verbindung des Un terspannungssignals mit der Eingangssteuerklemme der Schaltmittel, um die Schaltvorrichtung auszuschalten, un abhängig von dem Wechselstromsignal der Oszillatormittel bei einem Unterspannungszustand.

14. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 13, wobei die Unterspan nungsschutzmittel eine Operationsverstärkerschaltung aufweisen, die folgendes vorsieht:
Mittel zum Festlegen einer ersten Batteriespannungsschwel le und einer zweiten Batteriespannungsschwelle, die höher ist als die erste Schwelle,
Mittel zum Vorsehen eines Unterspannungssignals dann, wenn die Spannung unterhalb der ersten Schwelle liegt und Zu rückhalten des Unterspannungssignals dann, wenn die Batte riespannung die zweite Schwelle übersteigt, und
Mittel zum Vorsehen oder Zurückhalten des Unterspannungs signals dann, wenn die Batteriespannung zwischen den er sten und zweiten Schwellen liegt, und zwar abhängig davon, ob die Batteriespannung zwischen den Schwellen eingegeben wurde, wenn das Unterspannungssignal bereits vorgesehen oder (bzw.) bereits zurückgehalten war, wobei die einheit liche Betriebsverstärkerschaltung sowohl (a) die Schwel lenvergleichsfunktion als auch (b) die Hysteresefunktion ausführt.

15. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 14, wobei die Betriebsver stärkerschaltung eine invertierende Eingangsklemme, eine nicht-invertierende Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme aufweist, und wobei folgendes vorgesehen ist: die Unter spannungsschutzmittel weisen Batterieunterspannungsabfühl mittel wie folgt auf:
Zenerdiodenmitteln zum Ausgleich der Batteriespannung, ge schaltet zwischen einer ersten Klemme mit der Batterie spannung einer ersten Polarität mit einem ersten Wider stand, dessen anderes Ende mit einer zweiten Klemme ver bunden ist, welche die Batteriespannung der anderen Pola rität besitzt,
Widerstandsmittel, verbunden mit dem Verbindungspunkt zwi schen der Zenerdiode und dem ersten Widerstand zum Leiten von Strom zum invertierenden Eingang der Verstärkermittel,
Diodenmittel, verbunden für die konventionelle Stromlei tung von der invertierenden Klemme zu der nicht-invertie renden Klemme,
Widerstandsvorspannmittel, verbunden mit der nicht-inver tierenden Eingangsklemme für die Schwellenwertvorspannung der nichtinvertierenden Eingangsklemme, und
Widerstandsrückkopplungsmittel, verbunden mit der Aus gangsklemme zu der nicht-invertierenden Eingangsklemme, um Hysterese zurückzuspeisen oder zu koppeln, und zwar ver setzt gegenüber der Ausgangsklemme, um die Schwelle der Unterspannungsschutzmittel zu beeinflussen.

16. Drehzahlsteuerung für einen Gleichstrommotor in Serie ge schaltet mit einer Schaltvorrichtung, welche den durch schnittlichen Gleichstrom des Motors durch Steuerung des Schalttastzyklus steuert, wobei die Schaltvorrichtung eine Eingangssteuerklemme besitzt und folgendes aufweist:

A) Oszillatormittel zur Erzeugung eines Wechselstromsig nals mit einem steuerbaren Tastverhältnis oder Arbeits zyklus,
B) Batterieunterspannungsschutzmittel zum Abfühlen der Batterieversorgungsspannung und zur Erzeugung eines Un terspannungssignals dann, wenn die Spannung unterhalb einer Schwelle liegt,
C) Überlastschutzmittel zum Abfühlen des Stroms in der Schaltvorrichtung und zur Erzeugung eines Überlastsi gnals dann, wenn das Zeitintegral des Stroms eine vorbe stimmte Schwelle übersteigt und zur Ein-Verriegelung des Überlastsignals, bis es danach in bestätigender Weise affirmativ entriegelt wird, und
D) Logikmittel zur Kombination des Wechselstromsignals von A, des Unterspannungssignals von B und des Überlastsi gnals von C zum Vorsehen von Steuersignalen für die Ein gangssteuerklemme der Schaltvorrichtung wie folgt:
ein Signal des steuerbaren Tastverhältnisses oder Ar beitszyklus dann, wenn sowohl das Unterspannungssignal von B als auch das Überlastsignal von C nicht vorhanden sind, und
ein Abschaltsignal dann, wenn eines oder beide der Si gnale von B und C vorhanden sind, unabhängig von dem Wechselstromsignal von A,
wodurch der durchschnittliche Gleichstrom des Motors ent sprechend dem Tastverhältnis oder Arbeitszyklus gesteuert wird, wenn weder ein Unterspannungs- noch ein Überlastsig nal vorhanden ist und wobei der Motorstrom infolge eines Unterspannungs- oder Überlastzustandes ausgeschaltet wird.

17. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 16, wobei die Logikmittel eine "NOR"-Logikschaltung aufweisen zur Kombination der Signale von A, B und C.