电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路的制作方法

专利名称：电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护电路。
背景技术：
多电动工具例如电动起子、电动扳手等，其内部皆以直流电马达做 为旋转动力产生元件，驱转螺钉或螺丝锁接连接件到最终迫紧结合位置 时，应以额定的扭力值上紧，才不会因螺锁紧度不足容易松脱，或螺锁 紧度过量挤坏连接件，达到螺锁品管精确的工作要求。
而直流电马达旋转做功遇到阻力时，具有转速会受阻降低，使内部 等效阻抗降低、电流增大，输出扭力也随的增大的特性，因此，理论上 电压不变，也不考虑电马达工作温度的影响下，电马达输出遇阻力由轻 负载到重负载的过程中，转速降低，电马达需求的输入功率会升高的特 性(供电电压不变，内部等效阻抗降低，则电流会增加)，能够借由侦测 转速或功率来对应电马达输出扭力，取得调控电马达最大最终旋锁扭力 的依据，而以侦测转速来对应电马达扭力，仍然存在很多变量，加上电 子线路对电马达转速的监控分辨率和实时性都不足，反不如侦测功率变 化来得有连续性，作为监控电马达扭力的因子更为恰当，也因此市面上 就有许多电子式扭力控制设计，就是用一线性线路侦侧流过电马达电流 的大小来对应电马达扭力变化。
但是实际运作中，供给电马达的供电电压并非永远是固定的，尤其
是使用电池电源的电动工具例如电动螺丝起子(screw driver)、电钻 (drill)、电槌(impact driver)等，以锂电池为例，其电池电压和输 出电流之间，呈一对应曲线，并非只以侦测流经电马达电流的大小，就 能以电子计算处理方式，得出电马达当时正确的功率，况且还有工作温 度此一重要因子，影响电马达效,(不同温度下的电马达，其扭力与电 流的对应曲线就会不同)，使其螺锁扭力调控常常因供电电压变化失准， 极不精确。以电马达的输入功率为调控扭力依据的标的，最理想的方式，莫如 在电马达旋转动态中，随时侦测电压、电流再换算为功率，而要执行这 样的功能，如果使用线性线路则会相当复杂，比较有效的方式应当是使
用内含单芯片集成电路的线路，利用(AD， anlog to digital)pin，在动 态中随时侦测电池电压和流过电马达的电流，但在电马达运转过程中， 如同一般逻辑线路电压、电流，普遍存在很多、很大的噪声，非常容易 造成AD pin得到值不对而误判的问题，如果为了降低误判机率，就必须 加上复杂的滤波线路，如此将造成时间延迟，再加上电子计算处理需要 的时间，其实时的反应性就会非常差了。
以侦测流经电马达电流，得出电马达当下功率换算成扭力的调控方 式，仍有不够精确的缺点，且随时侦测电压、电流再换算为功率的環辑 线路，仍有实时反应性差的缺点。

发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的以侦测 流经电马达电流，得出电马达功率换算成扭力的调控方式，存在不够精 确，且随时侦测电压、电流再换算为功率的逻辑线路，仍有实时反应性 差的缺点，而提供一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，达到 精密扭力的控制，线路简单、成本低廉，精准功能较现有扭力调控电路 大幅提升的目的。
对螺锁的电动工具而言，电马达的功能是将输入的功率转换为一旋 转动能输出对螺丝的旋紧做功，螺丝最后被锁紧的程度会对应电马达最 后输出(等于电马达输入乘上效率)的平均功率。
假使我们只以流过电马达的电流来对应需求的扭力，那以最后一小 时段的平均功率(IXV对时间积分)来看，就会因供应电压的不同而不 同，电马达输出的功转换为对螺丝的旋转力量(F)和螺丝旋进距离D的 乘积(FXD)，所以当电马达因输出阻力增大、转速下降，电流增大到达 一设定值后，如果能使供应电马达的电流维持在此设定值，那从电流到 达设定值后的一小段时间内，电马达会因螺丝旋锁阻力而停止，停止后 电马达固定的功率转换为旋转力量'F已不足以使螺丝再进一步旋紧，旋 锁螺丝达到最后紧度。本发明人从而思考以下数点进行改进
1. 控制线路如果以一个"定电流线路(调定限制最大工作电流值)" 来控制电马达，螺丝在锁紧末段过程当中，经过电马达的电流到达预设 值后，会以定电流维持住一段时间，在这一小段时间中，螺丝会很快因 阻力停止旋锁，在螺丝最后停止时间点附近，电马达转速很慢，等效内 阻几乎是固定的，所以只要以固定的电流控制，电马达在很低的转速时， 其输出几乎处于固定的平均功率，而跟供电电压无关，在定电流线路下， 不论供应电压是多少，多余的功率将耗损在电路中的半导体开关上， 螺丝最后被锁紧的程度，可以只对应流过电马终的电流(扭力对应电流 的曲线)即可，所以以定电流线路扭力就可以排除供电电压的影响。
2. 如前所述，电马达运转时会产生很多很大的噪声干扰AD pin抓正 确电流、电压值，而产生误判，以线性线路来侦测电马达电流，以达到 定电流管制是最好的方式。
3. 温度此一因子，亦会影响电马达效率，在不同温度下的电马达扭 力与电流的对应曲线，就会有不同的扭力值设定及显示，因应温度带来 电马达扭力与电流复杂的对应曲线变化，以一微处理器作为指挥中心来 处理电马达工作温度，实时选出正确的对应曲线，是最恰当的。
4. 再者，以定电流线路架构加上微处理器也可执行电池过电流保护 功能，于控制线路预先侦测电池电压，在内建数据中找出容许的最大电 流(类似需求的扭力)加以管制，就可以防止电池过电流放电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于至少
由一推动电马达线路、 一电马达工作电流侦测线路、 一参考电压产生线 路、 一电马达最大电流设定线路，及一电马达抗阻扭力设定线路构成， 由推动电马达线路接往电马达，且串接电马达工作电流侦测线路，又于 将电马达最大电流设定线路输入端接至电马达工作电流侦测线路和推动 电马达线路之间，并将电马达最大电流设定线路接往集成电路的另一输 出端，接往推动电马达线路的闸极控点，且参考电压产生线路的参考电 压输出端接往电马达抗阻扭力设定'线路。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中推动电马达线路是以一二极管并连电马达，再以一半导体功率元件串接在电马达和 电马达工作电流侦测线路之间，且该半导体功率元件的闸极接往电马达 最大电流设定线路。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中参考电压产 生线路与电马达抗阻扭力设定线路是以可变电阻一端接往电马达最大电 流设定线路对应端，及经由第十四电阻连接供电电压，而可变电阻接往 电马达最大电流设定线路另端接地。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中可变电阻的 调控部位为手转钮。 .
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中可变电阻的 调控部位为拨杆。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达工作 电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率
元件为金属半导体场效晶体管(M0SFET)。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率 元件为双极性功率晶体管。
前述的电马达最大电流设定线路，其中电马达最大电流设定线路由 两组运算放大线路组成，第一组运算放大电路由第一运算放大器负输入 端接地；正输入端和输出端之间，并接第二电阻、第一电容，且正输入 端串接第一电阻接到电马达工作电流侦测线路和推动电马达线路之间， 又于第一运算放大器输出端串接第三电阻经第二电容接地，于第二电容 和第三电阻之间，叉连接到第二组运算放大电路，而第二组运算放大电 路即以第二运算放大器正输入端接往第三电阻；负输入端接经参考电压 产生线路，接受参考电压产生线路传来的参考电压，第二运算放大器输
出端串接第二晶体管基极，而第二晶体管射极接地，第二晶体管集极接 往半导体功率元件闸极。
本发明解决其技术问题还可采用如下技术方案 一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于主要 由一推动电马达线路、 一电马达工作电流侦测线路、 一参考电压产生线路、 一电马达最大电流设定线路、 一电马达抗阻扭力设定线路、 一讯息 输出线路、 一稳压供电线路，及一控制线路构成，由稳压供电线路输出 供电电压，而由控制线路以集成电路负责向讯息侦测来源探读、处理、 命令控制扭力执行所有功能，将参考电压产生线路、电马达最大电流设 定线路、电马达工作温度侦测线路，与电马达抗阻扭力设定线路的输出 端，分别接至集成电路对应输入接点，且集成电路分别对推动电马达线 路，参考电压产生线路传讯控制，并向讯息输出线路输出实时的电马达 扭力数值，而推动电马达线路接往电马达，且串接电马达工作电流侦测 线路，又于将电马达最大电流设定线路输入端哮至电马达工作电流侦测 线路，和推动电马达线路之间，并将电马达最大电流设定线路接往集成 电路的另一输出端，接往推动电马达线路的闸极控点。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中推动电马达 线路是以一二极管并连电马达，再以一半导体功率元件串接在电马达和 电马达工作电流侦测线路之间，且该半导体功率元件的闸极接往电马达 最大电流设定线路，及控制线路对应输出端。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达抗阻 扭力设定线路为具有供手调外露调旋钮的可变电阻，接在参考电压产生 线路参考电压输入端。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达工作 电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中扭力设定线 路、讯息输出线路，及控制线路完全整合在单一控制面板内。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中扭力设定线 路为数字逻辑按控调变扭力的调控接口结构。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中讯息输出线 路为完全取代扭力设定线路实体，具触控调整扭力设定的显示屏幕调控 接口结构。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中参考电压产 生线路由第一晶体管的基极串接第六电阻接至控制线路对应输出端；集 极串接第五电阻至电马达最大电流设定线路对应接点；射极接地，又于
12第一晶体管与第六电阻之间，叉接第七电阻，并于第五电阻至控制线路
对应输入端叉分接第三电容接地，及叉接第四电阻R4连接供电电压。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达抗阻 扭力设定线路是以可变电阻一端接往控制线路对应输入端，及经由第十 四电阻连接供电电压，而可变电阻接往控制线路另端接地。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中讯息输出线 路为STN规格的显示幕加上驱动晶体管、接口和控制线路连结而成。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中稳压供电线 路由第十六电阻串接第四电容接地，且第四电寄连接第十六电阻之间， 叉接齐纳二极管接地，且另叉接到控制线路对应输入供电电压接点。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达最大 电流设定线路由两组运算放大线路组成第一组运算放大电路是由第一 运算放大器负输入端接地；正输入端和输出端之间，并接第二电阻、第
一电容，且正输入端串接第一电阻接到电马达工作电流侦测线路和推动 电马达线路之间，又于输出端串接第三电阻经第二电容接地，于第二电 容和第三电阻之间，叉连接到第二组运算放大电路，而第二组运算放大
电路即以第二运算放大器正输入端接往第三电阻；负输入端接经参考电 压产生线路的第五电阻，第二运算放大器输出端串接第八电阻到控制线 路对应输入端，且叉分接第九电阻到第二晶体管基极，并于第九电阻到 第二晶体管基极的间，叉接第十电阻接地，而第二晶体管射极接地，第 二晶体管集极接往半导体功率元件闸极。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率 元件为金属半导体场效晶体管MOSFET。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率 元件为双极性功率晶体管。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中控制线路命 令半导体功率元件断开推动电马达线路是以频宽改变PWM方式为之。
本发明解决其技术问题仍可采用如下技术方案
一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于主要
由一推动电马达线路、 一电马达工作电流侦测线路、 一参考电压产生线路、 一电马达最大电流设定线路、 一电马达抗阻扭力设定线路、 一讯息 输出线路、 一稳压供电线路、 一电马达工作温度侦测线路，及一控制线 路构成，由稳压供电线路输出供电电压，而由控制线路以集成电路负责 向讯息侦测来源探读、处理、命令控制扭力执行所有功能，将参考电压 产生线路、电马达最大电流设定线路、电马达工作温度侦测线路，与电 马达抗阻扭力设定线路的输出端，分别接至集成电路对应输入接点，且 集成电路分别对推动电马达线路，参考电压产生线路传讯控制，并向讯 息输出线路输出实时的电马达扭力数值，而推动电马达线路接往电马达， 且串接电马达工作电流侦测线路，又将电马达晕大电流设定线路输入端 接至电马达工作电流侦测线路，和推动电马达线路之间，并将电马达最 大电流设定线路接往集成电路的另一输出端，接往推动电马达线路的闸 极控点。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中推动电马达 线路是以一二极管并连电马达，再以一半导体功率元件串接在电马达和 电马达工作电流侦测线路之间，且该半导体功率元件的闸极接往电马达 最大电流设定线路，及控制线路对应输出端。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达抗阻 扭力设定线路为具有供手调外露调旋钮的可变电阻，接在参考电压产生 线路参考电压输入端。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达i作 电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中扭力设定线 路、讯息输出线路，及控制线路完全整合在单一控制面板内。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中扭力设定线 路为数字逻辑按控调变扭力的调控接口结构。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中讯息输出线 路为完全取代扭力设定线路实体，具触控调整扭力设定的显示屏幕调控 接口结构。
前述的电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护电路，其中参考电压产
生线路由第一晶体管的基极串接第六电阻接至控制线路对应输出端；集极串接第五电阻至电马达最大电流设定线路对应接点；射极接地，又于 第一晶体管与第六电阻之间，叉接第七电阻，并于第五电阻至控制线路 对应输入端叉分接第三电容接地，及叉接第四电阻连接供电电压。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达抗阻 扭力设定线路是以可变电阻一端接往控制线路对应输入端，及经由第十 四电阻连接供电电压，而可变电阻接往控制线路另端接地。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中讯息输出线 路为STN规格的显示幕加上驱动晶体管、接口和控制线路连结而成。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保巧电路，其中稳压供电线 路由第十六电阻串接第四电容接地，且第四电容连接第十六电阻之间， 叉接积纳二极管接地，且另叉接到控制线路对应输入供电电压接点构成。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达工作 温度侦测线路由供电电压经第十三电阻串联热敏电阻接地，并于第十三 电阻和热敏电阻之间，叉连接到控制线路对应接点构成。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中电马达最大 电流设定线路由两组运算放大线路组成第一组运算放大电路是由第一 运算放大器负输入端接地；正输入端和输出端之间，并接第二电阻、第 一电容，且正输入端串接第一电阻接到电马达工作电流侦测线路和推动 电马达线路之间，又于输出端串接第三电阻经第二电容接地，于第二电 容和第三电阻之间，叉连接到第二组运算放大电路构成，而第二组运算 放大电路即以第二运算放大器正输入端接往第三电阻；负输入端接经参 考电压产生线路的第五电阻；第一运算放大器输出端串接第八电阻到控 制线路对应输入端，且叉分接第九电阻到第二晶体管基极，并于第九电 阻到第二晶体管基极之间，叉接第十电阻接地，而第二晶体管射极接地， 第二晶体管集极接往半导体功率元件闸极。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率 元件为金属半导体场效晶体管M0SFET 。
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中半导体功率 元件为双极性功率晶体管。 '
前述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其中控制线路命令半导体功率元件断开推动电马达线路是以频宽改变方式为之。
因此，本发明的此种电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护电路，即 在动态中的侦测(输入)和命令电马达停止(输出)使用线性线路，且 可再利用微处理器作为电马达运转前和扭力到达后的功能处理或时效不 急的侦测，这样的线路简单也能将很多影响因子纳入，而达到精密扭力 的控制，达到线路简单、成本低廉，精准功能较现有扭力调控电路大幅 提升的目的。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图l是本发明电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路的基本结构 及讯号传递方块图。
图2是本发明电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路的实施电路图。
图3是本发明电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路的另一实施
结构及讯号传递方块图。
图4是本发明电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路另一实施的
电路图。
图中标号说明-1....推动电马达线路2...电马达工作电流侦测线路
3. .参考电压产生线路4...电马达最大电流设定线路5...电马达抗阻扭力设定线路6...讯息输出线路7...稳压供电线路
8….电马达工作温度侦测线路
9….控制线路10...电马达 411...二极管
1612....半导体功率元件 41....第一组运算放大电路 42....第二组运算放大电路
具体实施例方式
图1为本发明电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护电路的一实施例 及讯号传递方块图，由此图所示可知，本发明此种电马达抗阻扭力控制 曁电池放电保护电路，基本上由一推动电马达线路l、 一电马达工作电流 侦测线路2、 一参考电压产生线路3、 一电马达最大电流设定线路4 (于 电马达最终受阻时的定电流作用)、及一电马达抗組扭力设定线路5构成， 由推动电马达线路1接往电马达10，且串接电马达工作电流侦测线路2， 又于将电马达最大电流设定线路4输入端接至电马达工作电流侦测线路 2，和推动电马达线路l之间，并将电马达最大电流设定线路4接往集成 电路的另一输出端，接往推动电马达线路1的闸极控点，另且参考电压 产生线路3的参考电压输出端接往电马达抗阻扭力设定线路5。
图2为图1所示的实施例电路图，由图示得知该推动电马达线路1 是以一二极管11并连电马达10，再以一半导体功率元件12串接在电马 达10和电马达工作电流侦测线路2之间(此半导体功率元件12可为金 属半导体场效晶体管M0SFET，或为双极性(Bipolar)功率晶体管)，且该 元件12的闸极接往电马达最大电流设定线路4，先由参考电压产生电路3 及电马达抗阻扭力设定线路5取得预设的抗阻扭力值，参考电压产生线 路3输出一参考电压予电马达最大电流设定线路4，而电马达工作电流侦 测线路2为一低欧姆值功率电阻Rs，当电流流过推动电马达线路1后， 会产生一工作电压Vs给低欧姆值功率电阻Rs，至于参考电压产生线路3 与电马达抗阻扭力设定线路5是以可变电阻R15 —端接往电马达最大电 流设定线路4对应端，及经由第十四电阻R14连接供电电压，而可变电 阻R15接往电马达最大电流设定线路4另端接地构成，此可变电阻R15 的调控部位可形成露出工具壳的手转钮或拨杆，以利使用者操作调动。
而电马达最大电流设定线路4由两组运算放大线路组成，第一组运 算放大电路41是由第一运算放大器0P1负输入端接地；正输入端和输出 端之间，并接第二电阻R2、第一电容Cl，且正输入端串接第一电阻Rl接到电马达工作电流侦测线路2和推动电马达线路1之间，又于第一 运算放大器0P1输出端串接第三电阻R3经第二电容C2接地，于第二电 容C2和第三电阻R3之间，叉连接到第二组运算放大电路42构成，通过 第一组运算放大电路41将工作电压Vs滤波和放大成待比电压VI。
而第二组运算放大电路42即以第二运算放大器0P2正输入端接往第 三电阻R3;负输入端接经参考电压产生线路3，接受参考电压产生线路3 传来的参考电压Vref;输出端串接第二晶体管Q2基极，而第二晶体管 Q2射极接地，第二晶体管Q2集极接往前述半导体功率元件12闸 极 构成，由此通过第二组运算放大电路42将待比电压VI与参考电压Vref 比较，当待比电压Vl低于参考电压Vref时，即向第二晶体管Q2输出低 电值，切断第二晶体管Q2导通，连带使前述半导体功率元件12维持导 通电马达10运转，反的，当待比电压Vl—高于参考电压Vref时，即向 第二晶体管Q2输出高电值，使第二晶体管Q2导通，连带使前述半导体 功率元件12断开导通，将电马达10断电停转，但并非骤然完全煞止， 一如前发明内容中所述，经过电马达10的电流到达预设值后，电马达最 大电流设定线路4会以定电流维持住一段时间，降低因骤停使惯 性 与反作用力产生相冲击造成的不适感。
图3为本发明电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护电路的另一实施 结构及讯号传递方块图，由此图所示可知，本发明此种电马达抗阻扭力 控制曁电池放电保护电路，除了有上述一推动电马达线路l、 一电马达工 作电流侦测线路2、 一参考电压产生线路3、 一电马达最大电流设定 线路4， 一电马达抗阻扭力设定线路5之外，又可设有一讯息输出线路 6、 一稳压供电线路7，及一控制线路9，另外可再加设一电马达工作温 度侦测线路8，由稳压供电线路7供给控制线路9电源，而由控制线路9 以集成电路负责向讯息侦测来源探读、处理、命令控制扭力执行等所有 功能，将参考电压产生线路3、电马达最大电流设定线路4、电马达工作 温度侦测线路8，与电马达抗阻扭力设定线路5的输出端，分别接至集成 电路对应输入接点，且集成电路分别对推动电马达线路l，参考电压产生 线路3传讯控制，并向讯息输出线路6输出实时的电马达扭力数值。
本实施例讯息输出线路6是由一显示屏幕为之，且该推动电马达线路1是以一二极管11并连电马达10，再以一半导体功率元件12串接在 电马达10和电马达工作电流侦测线路2之间(此半导体功率元件12可 为金属半导体场效晶体管MOSFET，或为双极性(Bipolar)功率晶体管，且 该元件12的闸极接往电马达最大电流设定线路4，及控制线路9对应输 出端，当内设电动马达10的电动工具启动工具按控开关SW1，经由稳压 供电线路7建立一稳压电源供予控制线路9，于稳压电源建立后，控制线 路9仍使半导体功率元件12维持切断电马达10导通，控制线路9先由 电马达抗阻扭力设定线路5取得预设的抗阻扭力值，(此线路5主要为具 有供手调外露调旋钮的可变电阻，接在参考电压产生线路3参考电压输 入端，具体构成请见后图叙述)，并由讯息输出线路6显示预设扭力值， 并向电马达工作温度侦测线路8取得电马达现况的温度，再由控制线路9 中，预设在集成电路内的温度、电压、扭力、电流的对应表(曲线)找 出对应的比较电压，再由控制线路9命令参考电压产生线路3输出一参 考电压予电马达最大电流设定线路4。
当比较电压到达需要值后，控制线路9启动半导体功率元件12接通 电马达10线路，使电马达10旋转，电马达输出因螺丝被旋紧阻力增大、 转速下降，电流增加，流经电马达工作电流侦测线路2的电流会被转换 成电压输入电马达最大电流设定线路4，电流在尚未到达参考电压值时， 半导体功率元件12保持接通电马达10线路，使电马达10继续旋转，当 电流电压大于或等于参考电压时，电马达最大电流设定线路4会向半导 体功率元件12闸极输出开断讯号，瞬间开断电马达10，使流经电马达 10的电流降低或消失，使测得的电流电压又低于参考电压，电马达最大 电流设定线路4又输出启动半导体功率元件12接通电马达10讯号，再 启动电马达10扭转，随即又受阻抗导致电流增加，使电流电压再次超出 参考电压，停断电马达10运转，如此在参考电压值下，电马达10快速 反复地转停转停动作，就可使流经电马达10的最高工作电流维持在一预 设值。
当电流到预设值时，同时控制线路9也接收到电流到达预设值的讯 息，控制线路9会等待一小段时间后，命令半导体功率元件12断开电马 达10线路(可以频宽改变P丽方式作为导通断开讯号，此逐减方式，以降低反作用力的不适感)，如此将使电马达10因阻力使转速降低，很快 地就停止，电马达io停止后，因阻抗固定加上电流也固定在设定值上， 所以电马达io输出的最后平均功率几乎是固定的，使螺丝停在最终的需
求紧度上。
而控制线路9的集成电路可执行许多功能，并配合讯息输出线路6 输出向使用者显示，使讯息输出线路6不仅可显示预设扭力值、调校扭 力值、最终扭力值或最后平均功率外，还可增加例如对电池的进一步保 护；在电池电压低到一定程度后，扭力设定就不能高于对应值以上；电 池温度高过一定程度后，扭力设定就不能高于对应值以上等扩充功能， 而为求扭力准确性，消除不同只工具及零件的变异影响，对温度、扭力、 电流对应表的建立，可以在工具装配完成后，以单一微处理器的集成电 路对应单一只工具实际测试求得温度、扭力、电流对应曲线后，再烧录 装上王具内(lt匕艮卩in—ckt programming方式)。
至于本发明其它线路的详细构成，如图4的电路图所示，下列各种 情况分别叙述。
1. 电马达工作电流侦测线路2为一低欧姆值功率电阻Rs，当电流 流过推动电马达线路l后，会产生一工作电压Vs给低欧姆值功率电阻Rs。
2. 参考电压产生线路3由第一晶体管Ql的基极串接第六电阻R6 接至控制线路9对应输出端；集极串接第五电阻R5至电马达最大电流设 定线路4对应接点；射极接地，复于第一晶体管Q1与第六电阻R6之间， 叉接第七电阻R7，并于第五电阻R5至控制线路9对应输入端叉分接第三 电容C3接地，及叉接第四电阻R4连接供电电压构成。
3. 电马达最大电流设定线路4由两组运算放大线路组成 第一组运算放大电路41是由第一运算放大器0P1负输入端接地；正
输入端和输出端之间，并接第二电阻R2、第一电容C1，且正输入端串接 第一电阻Rl接到电马达工作电流侦测线路2和推动电马达线路1之间， 复于输出端串接第三电阻R3经第二电容C2接地，于第二电容C2和第三 电阻R3之间，叉连接到第二组运算放大电路42构成，通过第一组运算 放大电路41将工作电压Vs滤波和放大成待比电压VI 。
而第二组运算放大电路42即以第二运算放大器0P2正输入端接往第三电阻R3;负输入端接经参考电压产生线路3的第五电阻R5，接受控制 线路9与参考电压产生线路3传来的参考电压Vref;输出端串接第八电 阻R8到控制线路9对应输入端，且叉分接第九电阻R9到第二晶体管Q2 基极，并于第九电阻R9到第二晶体管Q2基极之间，叉接第十电阻RIO 接地，而第二晶体管Q2射极接地，第二晶体管Q2集极接往前述半导体 功率元件12闸极构成，通过第二组运算放大电路42将待比电压VI 与参考电压Vref比较，当待比电压Vl低于参考电压Vref时，即向第二 晶体管Q2输出低电值，切断第二晶体管Q2导通，连带使前述半导体功 率元件12维持导通电马达10运转，反的，当待比电压V1—高于参考电 压Vref时，即向第二晶体管Q2输出高电值，使第二晶体管Q2导通，连 带使前述半导体功率元件12断开导通，将电马达10断电停转，但并非 骤然完全停转， 一如前发明内容中所述，经过电马达10的电流到达预设 值后，电马达最大电流设定线路4会以定电流维持住一段时间，于此时 间内，复依前述加上控制线路9以频宽改变PWM方式作为导通断开讯号 的逐减停止方式，得以更降低因骤停使惯性与反作用力产生相冲击造成 的不适感。
4. 电马达抗阻扭力设定线路5是以可变电阻R15—端接往控制线路 9对应输入端，及经由第十四电阻R14连接供电电压，而可变电阻R15接 往控制线路9另端接地构成，此可变电阻R15的调控部位可形成露出工 具壳的手转钮或拨杆，且可搭配讯息输出线路6显示，做为预设扭力和 校正使用。
5. 讯息输出线路6可用STN加上驱动晶体、接口和控制线路9连结， 这都有标准线路可用，因而不在此处及图中赘示。
6. 稳压供电线路7由第十六电阻R16—端接到工具按控开关SW1， 另端串接第四电容C4接地，且第四电容C4连接第十六电阻R16之间， 叉接积纳二极管ZD1接地，且另叉接到控制线路9对应输入供电电压接 点构成。
7. 电马达工作温度侦测线路8由供电电压经第十三电阻R13串联热 敏电阻Rth接地，并于第十三电阻R13和热敏电阻Rth之间，叉连接到 控制线路9对应接点构成。经由实验验证的确能得到准确的扭力控制，而由于现今技术进步，
单一控制面板上，能高度整合多项软硬件，故也可将上述扭力设定线路5、 讯息输出线路6，及控制线路9完全整合在单一控制面板内，且扭力设定 线路5不限于须以具调旋钮的可变电阻R15组构而成，也可为非可变电 阻R15的调控接口结构，例如改用数字逻辑按控调变扭力，或改以完全 取代扭力设定线路5实体，显示屏幕具触控调整扭力设定的讯息输出线 路6为之。
至于工具按控开关SW1可为只有切断(OFF)及导通(ON)功能的一 般开关，或可改变速度(VSR)开关，而若电马达10为需要正反转功能， 则可加上转换开关，由于可改变速度(VSR)开关，及转换开关亦为普通 标准元件，有既成配接法，因而不在此处及另图赘示。
从上所述可知，本发明的此种电马达抗阻扭力控制曁电池放电保护 电路，确实具有较现有调控电马达抗阻扭力电路，抗阻扭力值更精确， 且能防止电池过电流放电的功效，且未见诸公开使用，符合专利法的规 定，故提出专利申请。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单 修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于至少由一推动电马达线路、一电马达工作电流侦测线路、一参考电压产生线路、一电马达最大电流设定线路，及一电马达抗阻扭力设定线路构成，由推动电马达线路接往电马达，且串接电马达工作电流侦测线路，又于将电马达最大电流设定线路输入端接至电马达工作电流侦测线路和推动电马达线路之间，并将电马达最大电流设定线路接往集成电路的另一输出端，接往推动电马达线路的闸极控点，且参考电压产生线路的参考电压输出端接往电马达抗阻扭力设定线路。
2.根据权利要求l所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述推动电马达线路是以一二极管并连电马达，再以 一半导体功率元件串接在电马达和电马达工作电流侦测线路之间，且该 半导体功率元件的闸极接往电马达最大电流设定线路。
3. 根据权利要求l所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路， 其特征在于所述参考电压产生线路与电马达抗阻扭力设定线路是以可 变电阻一端接往电马达最大电流设定线路对应端，及经由第十四电阻连 接供电电压，而可变电阻接往电马达最大电流设定线路另端接地。
4. 根据权利要求3所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述可变电阻的调控部位为手转钮。
5. 根据权利要求3所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路， 其特征在于所述可变电阻的调控部位为拨杆。
6. 根据权利要求l所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路， 其特征在于所述电马达工作电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
7. 根据权利要求2所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述半导体功率元件为金属半导体场效晶体管(M0SFET)。
8. 根据权利要求2所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述半导体功率元件为双极性功率晶体管。
9. 根据权利要求2所述的电马达最大电流设定线路，其特征在于所述电马达最大电流设定线路由两组运算放大线路组成，第一组运算放大电路由第一运算放大器负输入端接地；正输入端和输出端之间，并接 第二电阻、第一电容，且正输入端串接第一电阻接到电马达工作电流侦 测线路和推动电马达线路之间，又于第一运算放大器输出端串接第三电 阻经第二电容接地，于第二电容和第三电阻之间，叉连接到第二组运算 放大电路，而第二组运算放大电路即以第二运算放大器正输入端接往第 三电阻；负输入端接经参考电压产生线路，接受参考电压产生线路传来 的参考电压，第二运算放大器输出端串接第二晶体管基极，而第二晶体 管射极接地，第二晶体管集极接往半导体功率元件闸极。
10. —种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于 主要由一推动电马达线路、 一电马达工作电流侦测线路、 一参考电压产 生线路、 一电马达最大电流设定线路、 一电马达抗阻扭力设定线路、一 讯息输出线路、 一稳压供电线路，及一控制线路构成，由稳压供电线路 输出供电电压，而由控制线路以集成电路负责向讯息侦测来源探读、处 理、命令控制扭力执行所有功能，将参考电压产生线路、电马达最大电 流设定线路、电马达工作温度侦测线路，与电马达抗阻扭力设定线路的 输出端，分别接至集成电路对应输入接点，且集成电路分别对推动电马 达线路，参考电压产生线路传讯控制，并向讯息输出线路输出实时的电 马达扭力数值，而推动电马达线路接往电马达，且串接电马达工作电流 侦测线路，又于将电马达最大电流设定线路输入端接至电马达工作电流 侦测线路，和推动电马达线路之间，并将电马达最大电流设定线路接往 集成电路的另一输出端，接往推动电马达线路的闸极控点。
11. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述推动电马达线路是以一二极管并连电马达，再以一半导体功率元件串接在电马达和电马达工作电流侦测线路之间，且该 半导体功率元件的闸极接往电马达最大电流设定线路，及控制线路对应 输出端。
12. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述电马达抗阻扭力设定线路为具有供手调外露调旋钮的可变电阻，接在参考电压产生线路参考电压输入端。
13. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述电马达工作电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
14. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述扭力设定线路、讯息输出线路，及控制线路完全 整合在单一控制面板内。
15. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述扭力设定线路为数字逻辑按控调变扭力的调控接 口结构。
16. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述讯息输出线路为完全取代扭力设定线路实体，具 触控调整扭力设定的显示屏幕调控接口结构。
17. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述参考电压产生线路由第一晶体管的基极串接第六 电阻接至控制线路对应输出端；集极串接第五电阻至电马达最大电流设 定线路对应接点；射极接地，又于第一晶体管与第六电阻之间，叉接第 七电阻，并于第五电阻至控制线路对应输入端叉分接第三电容接地，及 叉接第四电阻R4连接供电电压。
18. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述电马达抗阻扭力设定线路是以可变电阻一端接往 控制线路对应输入端，及经由第十四电阻连接供电电压，而可变电阻接 往控制线路另端接地。
19. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述讯息输出线路为STN规格的显示幕加上驱动晶体管、接口和控制线路连结而成。
20. 根据权利要求10所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述稳压供电线路由第十六电阻串接第四电容接地， 且第四电容连接第十六电阻之间，叉接齐纳二极管接地，且另叉接到控 制线路对应输入供电电压接点。
21. 根据权利要求ll所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述电马达最大电流设定线路由两组运算放大线路组 成第一组运算放大电路是由第一运算放大器负输入端接地； 正输入端和输出端之间，并接第二电阻、第一电容，且正输入端串接第一 电阻接到电马达工作电流侦测线路和推动电马达线路之间，又于 输出端串接第三电阻经第二电容接地，于第二电容和第三电阻之间，叉 连接到第二组运算放大电路，而第二组运算放大电路即以第二运算放大 器正输入端接往第三电阻；负输入端接经参考电压产生线路的第五电阻， 第二运算放大器输出端串接第八电阻到控制线路对应输入端，且叉分接 第九电阻到第二晶体管基极，并于第九电阻到第二晶体管基极的间，叉 接第十电阻接地，而第二晶体管射极接地，第二晶体管集极接往半导体 功率元件闸极。
22. 根据权利要求ll所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述半导体功率元件为金属半导体场效晶体管MOSFET。
23. 根据权利要求ll所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述半导体功率元件为双极性功率晶体管。
24. 根据权利要求ll所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述控制线路命令半导体功率元件断开推动电马达线 路是以频宽改变P丽方式为之。
25. —种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于主要由一推动电马达线路、 一电马达工作电流侦测线路、 一参考电压产生 线路、 一电马达最大电流设定线路、 一电马达抗阻扭力设定线路、 一讯 息输出线路、 一稳压供电线路、 一电马达工作温度侦测线路，及一控制 线路构成，由稳压供电线路输出供电电压，而由控制线路以集成电路负 责向讯息侦测来源探读、处理、命令控制扭力执行所有功能，将参考电 压产生线路、电马达最大电流设定线路、电马达工作温度侦测线路，与 电马达抗阻扭力设定线路的输出端，分别接至集成电路对应输入接点， 且集成电路分别对推动电马达线路，参考电压产生线路传讯控制，并向 讯息输出线路输出实时的电马达扭力数值，而推动电马达线路接往电马 达，且串接电马达工作电流侦测线路，又将电马达最大电流设定线路输 入端接至电马达工作电流侦测线路，和推动电马达线路之间，并将电马 达最大电流设定线路接往集成电路的另一输出端，接往推动电马达线路 的闸极控点。 '
26. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述推动电马达线路是以一二极管并连电马达，再以一半导体功率元件串接在电马达和电马达工作电流侦测线路之间，且该 半导体功率元件的闸极接往电马达最大电流设定线路，及控制线路对应 输出端。
27. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述电马达抗阻扭力设定线路为具有供手调外露调旋 钮的可变电阻，接在参考电压产生线路参考电压输入端。
28. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述电马达工作电流侦测线路为一低欧姆值功率电阻。
29. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述扭力设定线路、讯息输出线路，及控制线路完全 整合在单一控制面板内。
30. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述扭力设定线路为数字逻辑按控调变扭力的调控接口结构。
31. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述讯息输出线路为完全取代扭力设定线路实体，具触控调整扭力设定的显示屏幕调控接口结构。
32. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述参考电压产生线路由第一晶体管的基极串接第六 电阻接至控制线路对应输出端；集极串接第五电阻至电马达最大电流设 定线路对应接点；射极接地，又于第一晶体管与第六电阻之间，叉接第 七电阻，并于第五电阻至控制线路对应输入端叉分接第三电容接地，及 叉接第四电阻连接供电电压。
33. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述电马达抗阻扭力设定线路是以可变电阻一端接往 控制线路对应输入端，及经由第十四电阻连接供电电压，而可变电阻接 往控制线路另端接地。
34. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述讯息输出线峥为STN规格的显示幕加上驱动晶体管、 接口和控制线路连结而成。
35. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述稳压供电线路由第十六电阻串接第四电容接地， 且第四电容连接第十六电阻之间，叉接积纳二极管接地，且另叉接到控 制线路对应输入供电电压接点构成。
36. 根据权利要求25所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述电马达工作温度侦测线路由供电电压经第十三电 阻串联热敏电阻接地，并于第十三电阻和热敏电阻之间，叉连接到控制 线路对应接点构成。
37. 根据权利要求26所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述电马达最大电流设定线路由两组运算放大线路组 成第一组运算放大电路是由第一运算放大器负输入端接地；正输入端和输出端之间，并接第二电阻、第一电容，且正输入端串接第一电阻接 到电马达工作电流侦测线路和推动电马达线路之间，又于输出端串接第 三电阻经第二电容接地，于第二电容和第三电阻之间，叉连接到第二组 运算放大电路构成，而第二组运算放大电路即以第二运算放大器正输入端接往第三电阻；负输入端接经参考电压产生线路的第五电阻；第一运算放大器输出 端串接第八电阻到控制线路对应输入端，且叉分接第九电阻到第二晶体 管基极，并于第九电阻到第二晶体管基极之间，叉接第十电阻接地，而 第二晶体管射极接地，第二晶体管集极接往半导体功率元件闸极。
38. 根据权利要求26所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述半导体功率元件为金属半导体场效晶体管MOSFET。
39. 根据权利要求26所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电 路，其特征在于所述半导体功率元件为双极性功率晶体管。
40. 根据权利要求26所述的电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，其特征在于所述控制线路命令半导体功率元件断开推动电马达线 路是以频宽改变P丽方式为之。
全文摘要
一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，至少由一推动电马达线路、一电马达工作电流侦测线路、一参考电压产生线路、一电马达最大电流设定线路，及一电马达抗阻扭力设定线路构成，由推动电马达线路接往电马达，且串接电马达工作电流侦测线路，又将电马达最大电流设定线路输入端接至电马达工作电流侦测线路和推动电马达线路之间，并将电马达最大电流设定线路接往集成电路的另一输出端，接往推动电马达线路的闸极控点，且参考电压产生线路的参考电压输出端接往电马达抗阻扭力设定线路。本发明达到精密扭力的控制，线路简单、成本低廉，精准功能较现有扭力调控电路大幅提升的目的。
文档编号H02P7/285GK101594108SQ200810110750
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者魏成榖 申请人:车王电子股份有限公司