WO2016082701A1 - 一种电动工具控制电路 - Google Patents

Abstract

一种电动工具控制电路，包括中央控制模块、电机驱动模块、电机、工作参数检测模块；所述的工作参数检测模块分别与电机和中央控制模块电性连接，工作参数检测模块能够将电机工作时检测到的参数返回给中央控制模块；所述的电机驱动模块通过第一和第二开关模块分别与电机电性连接，所述的电机驱动模块控制第一和第二模块间断的打开和关断，所述第一开关模块和第二开关模块打开和关断的特性总是相反的，即第一开关打开时第二开关关断，第一开关关断时第二开关打开。

Description

一种电动工具控制电路 技术领域

本发明涉及一种电动工具控制电路，特别是电动往复锯的控制电路。

背景技术

在一些电动工具的使用过程中往往需要电动工具的电机能够稳定的输出，特别是需要大功率输出的电动工具中保持电动工具电机相对稳定的转速显的尤为重要。例如为了获得较好的切割效果，往复锯启动时需要电机的转速保持相对稳定，如果电机的在转动过程中出现忽快忽慢的现象则容易造成，往复锯跳动的现象。通常往复锯采用可控硅实现电机供电的导通与关闭，通过调节导通与关断时间的比例控制电机的转速，即通过空占比调节电机转速。然而，高速旋转的电机在关断时间产生方向与原方向相反感应电动势，当再次导通时该反向的电动势会对供电产生阻抗，这种阻抗使得电能不能有效的通过电机转换为动能，而且会增加电机产生的热量。由于电机产生的热量更多，电能不能有效的转换为动能，因此当电机遇负载，其所需要的扭矩变大时，电机的转速会迅速下降，当负载减小时其转速又会迅速提高。这样会造成电机输出不稳定，当往复锯开始切割的时候容易造成跳动的现象，影响切割效果。

因此为了解决上述问题，需要提出一种新的技术方案。

发明内容

为解决上述问题本发明提供一种电动工具控制电路，包括中央控制模块、电机驱动模块、电机、工作参数检测模块；中央控制模块与电机驱动模块电性连接，中央控制模块可控制电机驱动模块的开启与关断；所述控制电路设置保护模块，保护模块能够防止电机产生的杂波损坏电机外围电路；所述的工作参数检测模块分别与电机和中央控制模块电性连接，工作参数检测模块能够将电机工作时检测到的参数返回给中央控制模块；所述的电机驱动模块通过第一和第二开关分别与电机电性连接，所述的电机驱动模块控制第一和第二模块间断的打开和关断，所述第一开关模块和第二开关模块打开和关断的特性总是相反的，即第一开关打开时第二开关关断，第一开关关断时第二开关打开。

优选的，所述的第一开关、第二开关和驱动模块、电机电气连接形成半桥驱动电路。

优选的，使用场效应管作为所述的第一开关和第二开关。

优选的，所述的工作参数检测模块检测电机工作时的电流，电流参数反馈给中央控制模块。

优选的，所述的保护模块具有与尖峰吸收模块，和续流模块，尖峰吸收模块和续流模块分别与电机形成回路。

优选的，尖峰吸收模块包括第一尖峰吸收模块和第二尖峰吸收模块。

优选的，使用电容作为第一尖峰吸收模块，使用肖特基二极管作为第二尖峰吸收模块，使用二极管作为续流模块。

优选的，所述的工作参数检测模块具有电流检测模块在电机遇负载启动提高转速时，其检测时间与检测电流值的大小呈反比关系。

优选的，所述的工作参数检测模块具有电流检测模块其在电机高速空转降低转速时，其检测时间与电流值的大小呈正比关系。

上述的保护模块能够消除电机工作时产生的尖峰，以保护第一开关模块和第二开关模块。

电机启动时通过第一开关模块控制电机供电的占空比，以使电机达到合适的转速。当第一开关模块关断时电机两端产生反向电动势，先经过第一尖峰模块吸收保护第一开关模块和第二开关模块，同时续流模块打开，然后第二开关模块打开，第二开关模块打开释放电机所产生感应电能，这样够减小电机对第一开关模块再打开时的阻抗效应，减少电机和第一开关模块的发热，电机运行过程中第二尖峰吸收模块吸收电机马达换向时产生的尖峰，以保护其他电子元件。上述的第一开关模块的打开动作和第二开关模块的关断动作总是同时进行的，但由于开关模块本身的特性导致其打开需要一定的时间，因此第一开关打开总是慢于续流模块和第一尖峰吸收模块，同样的续流模块打开总是慢于第一尖峰吸收模块。由于电机产生和第一开关模块产生的热量减少，相对传统的电机控制方式能够有效的将电能转换为动能，因此当电机遇负载，其所需要的扭矩变大时，电机转速更为平稳，电机转速受到负载的影响变得更小，电链锯的跳动现象也大大的减小。

附图说明

图1是实施例中往复锯示意图。

图2是控制电路模块示意图。

图3是控制电路示意图。

图4是控制电路控制流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对发明技术方案做进一步详细的说明。

本发明采用往复锯作为实施例中的电动工具说明本技术方案，但本发明的技术方案不仅仅用于往复锯，也可以应用于其他电动工具，例如修枝机，手持剪枝机等。图1示出的往复锯包括主体1，主体上形成可供操作者持握的手柄部11，在手柄部的下部设置扳机开关12和安全锁13，用户使用时同时按下扳机开关12和安全锁13即可启动。在往复锯的尾部设置电池包14，该电池包14能够与往复锯尾部分离，在 往复锯的前部设置驱动电机16，驱动电机驱动通过内置的变速机构和偏心轮驱动设置在往复锯前端的锯条17往复运动，为了使往复锯工作时能够稳定的抵靠在木料上，在锯条17的上部还设置有用于夹持木料的夹持件18。为了适应不同的木料的质材、硬度等差异，往复锯可通过扳机12开关进行调速，随着扳机开关12的行程增加，电机16转速则随着升高，同时锯条的往复运动频率也随之升高。扳机开关12的行程通过传感器检测，传感器将检测到的扳机开关行程信号反馈给内置在往复锯的控制板，所述控制板通过调节电机的转速来调整往复锯往复运动的频率。

参照图2展示了上述的控制板上的控制电路，控制电路包括中央控制模块，中央控制模块能够接收与之连接的工作参数检测模块的信号，并对往复锯上工作的元件发出控制信号。所述控制电路还包括电机驱动模块，电机驱动模块与中央控制模块电性连接，中央控制模块将控制信号发送给电机驱动模块从而驱动(电机驱动模块)电机旋转，所述的控制信号可选的包括电机的开启与关闭参数，电机空占比参数等。所述的电机驱动模块通过第一开关模块Q1和第二开关模块Q2，与电机电性连接，所述的第一开关模块Q1导通时电机通电，第一开关模块Q1关断时电机断电；第二开关模块Q2在第一开关模块Q1导通时关断，同时在第一开关模块Q1关断时导通，第二开关模块Q2导通时其释放电机旋转时产生的部分感应电能。电机保护模块与电机电性连接，保护模块用于滤除电机工作时产生的杂波，防止杂波损坏与电机连接的控制元件和外围电路。在控制电路中还设置有工作参数检测模块，其用于检测电机工作时的电流、电压、转速、温度等运行参数，工作参数检测模块可以同时检测上述参数中的一个或多个；工作参数检测模块将检测到的参数反馈给中央控制模块，中央控制模块根据，检测到的电机运行参数判断电机所处的工作状态，进而调节和控制电机的加速、减速、开停等等，中央控制模块可同时具备上述的一项或几项功能。所述控制电路还包括供电端VCC，供电端与第一开关模块Q1连接，第一开关模块Q1控制供电端的导通与关断。

进一步的参照图2所述的保护模块，包括第一尖峰吸收模块和第二尖峰吸收模块，所述的第二尖峰吸收模块并联在电机的两端，第二尖峰吸收模块用于吸收电机的电刷换向时产生的尖峰。第二尖峰吸收模块，具有一个定值的门槛电压，当电机产生的尖峰的电压值大于门槛电压时，第二尖峰吸收模块导使电机两端的电压与门槛电压相等，电机运行时其电刷换向产生的脉冲尖峰值，脉冲尖峰的电压值远超出与电机连接的外围电路元器件的电压值，通过第二尖峰吸收装置能够让其电压稳定在元器件耐压值范围内。电机工作时第一开关周期性的关断和打开，第一开关模块Q1断时电机产生感应电动势，该感应电动势同样的大于外围电路耐压值，第一尖峰吸收模块能够直接吸收部分电机所产生的感应电能。所述的保护电路中的第二开关模块Q2在第一尖峰吸收模块关断后打开，续流模块使电机产生的感应电流继续沿原方向流动以保持电机继续运转。

参照图3，上述的第一开关模块Q1和第二开关模块Q2均是采用MOSFET(场效应管)，第一开关模块和第二开关模块的导通状态总是相反的，即第一开关模块Q1打开时第二开关模块Q2关断，第二开关模 块Q2打开时第一开关模块Q1关断。第一开关模块Q1和第二开关模块Q2的导通状态是通过电机驱动模块控制的，电机驱动模块可以通过硬件的方式实现，电机驱动模块接收中央控制模块的控制信号。第二尖峰吸收模块，包括TVS管D2，该TVS管能够在电机电刷换向时产生的尖峰过滤掉，进而保护外围电路。第一尖峰吸收模块包括电阻R1和电容C1，当第一开关模块关断时第一尖峰模块能够吸收电机突然断电产生的尖峰，从而保护第一开关模块Q1和第二开关模块Q2。续流模块包括续流二极管D1，电机启动时通过第一开关模块控制电机供电的占空比，以使电机达到合适的转速，电机运行过程中TVS管吸收电机换向时产生的尖峰，以保护其他电子元件，当第一开关模块Q1关断时电机两端产生反向电动势的通过第二尖峰吸收模块吸收，其目的是为了防止损坏续流模块D1和第二开关模块Q2，续流二极管D1和第二开关模块Q2打开，第二开关模块Q2打开释放电机所产生感应电能，其能够减小电机对第一开关模块Q1再打开时的阻抗效应，减少电机和第一开关模块Q1的发热。上述的第一开关模块和第二开关模块打开或关闭的动作总是同时进行的，由于电机产生的热量减少，相对传统的电机控制方式能够有效的将电能转换为动能，因此当电机遇负载，其所需要的扭矩变大时，电机转速更为平稳，电机转速受到负载的影响变得更小，电链锯的跳动现象也大大的减小。

工作参数检测模块还设置有一电流采样电阻R2，电阻R2与电机电性连接，该电阻R2能够收集往复锯不同工作状态下的电流，并将电流反馈给中央控制模块。中央控制模块将反馈的电流，与中央控制模块中预置的电流值做对比并判断往复锯所处的工作状态，当发生电机堵转或因往复锯负载过大引起电流过大，中央处理模块可以及时的关闭往复锯的供电使其停止工作。工作参数检测模块还可以设置温度检测模块元件检测电机的温度，电压检测模块检测电池包的电压，电机出现过温或欠压时可停机保护。

参照图4，所述的中央处理模块预置了往复锯控制程序，其具有以下的控制流程：在往复锯上电之后初始化操作S1，包括设置输入输出状态等，中央处理模块通过传感器检测扳机开关的行程调节对应电机转速S2，其中往复锯开机时中央控制模块根据扳机开关的行程决定往复锯启动的初始速度。在机器启动后通过电流检测模块对电机进行第一次电流I检测S3，判断步骤S4如果在间隔T1检测电流I小于负载电流I1则执行N分支直接进行第二次检测电流S6，所述的负载电流I1是根据不同功率的电机和确定的常量值，当有负载作用于电机上时电机的电流大于负载电流I1。若在指定的时间间隔T1检测电流I大于负载电流I1，则说明有负载作用于往复锯的电机上，则此时执行N分支中央控制模块向电机驱动模块发出提高转速S5的信号，该信号中包括电机的占空比信号，中央控制模块通过提高占空比的方式提高电机的转速。若在T2时段检测电流I大于最大电流I2(S7)，则执行N分支中央处理模块对电机驱动模块发出停机信号进入断电停机END的状态，电机进行停机保护处理；所述的最大电流I2是电机限额电流，此时电机发热量增大，电机长时间大于限额电流I2运行大量发热会损坏电机。若检测电流I小于最大电流I2则执行Y分支检测电池包的电压U(步骤S8)，若在T3时段检测电压U(步骤S9)低于电池包最小供电电压U1此时电池包电量 即将耗尽，控制模块执行N分支对电机断电停机(END)以保护电池。当上述电压大于电池包最低工作电压时，则执行温度检测Q步骤S10，进入判断步骤S11若该工作温度在T4时段内高于电机保护温度Q1则进行断电停机保护END，若工作温度在T4时段内低于电机保护温度Q1，则进行第三次检测电流I(S13)，若在T5时段检测电流I小于工作电流I3则电机处于无负载高速旋转的状态，中央控制模块执行Y分支跳转到S2步骤将电机转速降至扳机开关行程所对应的速度，扳机开关对应的速度低于工作时电机的转速，相应的其电流值减小，因此当再次检测电流时电机的电流值在T1时段小于负载电流I1，其转速会继续至扳机开关行程所对应的速度上。

为了使往复锯对负载的反馈更为迅速和灵敏，所述的电流检测时间T1的长度与检测到的电流值的大小呈反比，即检测到的电流越大电流检测时间T1就越短。用户使用往复锯时其对锯条施力越大则往复锯的提速时间就越短，使得用户具有良好的体验。所述的检测时间T1与电流的关系可通过函数T1＝f(I)，函数f(I)使得检测时间随着I的增大减小，f(I)可以是线性的函数也可以是非线性，或离散的集合映射关系。相似的，电流检测时间T5与检测电流大小呈正比，即检测到的电流越小电流检测时间T5就越短，这样当用户将往复锯从切割状态突然转换为非切割状态时，电机的转速能够迅速降低，减少电机高速空转的时间。

Claims (9)

1. 一种电动工具控制电路，包括中央控制模块、电机、电机驱动模块、工作参数检测模块、第一开关模块和第二开关模块；中央控制模块与电机驱动模块电性连接，中央控制模块可控制电机驱动模块的开启与关断；所述控制电路还包括保护模块，保护模块用于防止电机运转时产生的杂波损坏电机外围电路；所述的工作参数检测模块分别与电机和中央控制模块电性连接，工作参数检测模块能够将电机工作时检测到的参数反馈给中央控制模块；其特征在于，所述的电机驱动模块通过第一和第二开关模块分别与电机电性连接，所述的电机驱动模块控制第一和第二开关模块间断的打开和关断，所述第一开关模块和第二开关模块打开和关断的特性总是相反的，即第一开关模块打开时第二开关模块关断，第一开关模块关断时第二开关模块打开。
2. 如权利要求1所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，所述的第一开关、第二开关和驱动模块、电机电气连接形成半桥驱动电路。
3. 如权利要求2所述的一种电动工具控制电路，其特曾在于，使用场效应管作为所述的第一开关和第二开关。
4. 如权利要求1所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，所述的工作参数检测模块检测电机工作时的电流，电流参数反馈给中央控制模块。
5. 如权利要求1所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，所述的保护模块具有与尖峰吸收模块，和续流模块，尖峰吸收模块和续流模块分别与电机形成回路。
6. 如权利要求4所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，尖峰吸收模块包括第一尖峰吸收模块和第二尖峰吸收模块。
7. 如权利要求6所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，使用电容作为第一尖峰吸收模块，使用肖特基二极管作为第二尖峰吸收模块，使用二极管作为续流模块。
8. 如权利要求1所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，所述的工作参数检测模块具有电流检测模块在电机遇负载提高转速时，其检测时间与检测电流值的大小呈反比关系。
9. 根据权利要求1所述的一种电动工具控制电路，其特征在于，所述的工作参数检测模块具有电流检测模块其在电机高速空转降低转速时，其检测时间与电流值的大小呈正比关系。

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