专利名称：直流电动机控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流电动机控制电路，特别涉及被用于充电式电动工具的触发开关的直流电动机控制电路。
背景技术：
作为触发开关使用的直流电动机控制电路，如专利文献1所述，有控制电路，该控制电路具有发送电路，并使与直流电动机串联连接的开关元件高速地导通/关断，利用电位器(volume)改变发送电路的偏置电压，由此使开关(switching)的占空比变化。
并且，公知一种直流电动机控制电路，在关断开关元件时，直流电动机因其旋转而产生反电动势，所以通过比较器，比较开关元件两端的电压和由电位器所设定的阈值电压，从而使开关元件导通/截止，在开关元件两端的电压降低到阈值电压以下时，使开关元件导通，同时使阈值电压变高，由此使开关元件导通的状态持续某种程度。
在专利文献2中，记载了一种直流电动机控制电路，该直流电动机控制电路由第1比较器将开关元件两端的电压与由电位器所设定的第1阈值电压进行比较，从而使开关元件导通，并由第2比较器决定使开关元件的导通状态继续的时间。
以上的直流电动机控制电路采用比较器等IC来控制直流电动机，所以有成本高这样的问题。
进而，直流电动机控制电路中所使用的可变电阻大多使用低价的可变电阻，这类电阻是在衬底上形成电阻体的层，并在该电阻体上使可动端子滑动而分割电阻。这样的可变电阻在电阻值上有±30％左右的很大的偏差，在以往的直流电动机控制电路中，还有这样的问题，即在直流电动机可控制的转速的范围内，每个产品有偏差。
特开平8-66084号公报[专利文献2]特开平11-168893号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题是提供低价且在每个产品上没有偏差的直流电动机控制电路。
为了解决上述课题，本发明的直流电动机控制电路，具有开关元件，其与直流电动机串联连接到直流电源上；分压电路，将所述开关元件两端的电压分压；以及迟滞电路，连接多个晶体管而构成，以相对于所述分压电路的输出电压，利用迟滞特性转换两个值的电压输出，通过所述迟滞电路的输出开关所述开关元件。
根据该结构，不改变与在使开关元件截止时的直流电动机的反电动势进行比较的基准电压，而将由反电动势产生的开关元件两端的电压分压，并使该分压比变化，所以在改变分压比并使转速的设定值变化时，即使是不使用比较器这样的IC而由晶体管构成的迟滞电路，其输出电压特性也不变化。由此，可稳定控制直流电动机，同时能制造低价的控制电路。
另外，在本发明的直流电动机控制电路中，所述迟滞电路也可以构成为具有基极被输入所述分压电路的输出电压的第1晶体管，以及在所述第1晶体管截止时被导通、在所述第1晶体管导通时被截止的第2晶体管，所述第1晶体管以及所述第2晶体管，发射极相互连接，并共用发射极电阻，所述第2晶体管的发射极电流比所述第1晶体管的发射极电流大。
根据该结构，能简单地构成迟滞电路，并且制造成本降低。
此外，在本发明的直流电动机控制电路中，所述分压电路也可以是由两个分压电阻和可变电阻构成，所述两个分压电阻由串联连接到所述开关元件的两端的固定电阻构成，所述可变电阻将两个固定电极间的电阻体以可动电极分割成从0∶1到1∶0为止任意的比率，所述可变电阻的所述两个固定电极连接到所述开关元件的两端，所述可动电极连接到所述分压电阻之间的连接点。
根据该结构，在可变电阻的分压比为1∶0以及0∶1时，可变电阻的电阻值不被反映在分压电路的输出电压上。也就是说，即使可变电阻的电阻值有偏差，直流电动机的控制范围也保持一定。而且，由晶体管构成的迟滞电路的两个阈值成为电源两端电位的中间电位，但在设置旁路电阻时，分压电路的分压比能够设定在不是在0或者1的有限的范围内，能够使分压电路的输出在根据直流电动机的转速而包含两个阈值的宽范围内变化。也就是说，迟滞电路能够转换两个输出状态，无论固定电极的位置如何，都能切换开关元件的导通/截止，从而能够控制直流电动机的转速。
而且，在本发明的直流电动机控制电路中，也可以还具有匹配电路，该匹配电路使所述迟滞电路的输出匹配于所述开关元件的输入特性。
根据该结构，由晶体管构成的迟滞电路的两个输出是电压输出，其中至少一个是电源电压的中间电位，而通过匹配电路能够使迟滞电路的两个输出与开关元件的输入特性一致。由此，可不用考虑开关元件的输入特性而设计迟滞电路，所以能使直流电动机的控制稳定且操作性好。
在本发明的直流电动机控制电路中，所述匹配电路还可以是包含能够输出所述直流电源的低位侧的电压的晶体管。
根据该结构，能够驱动接通电压(turn-on voltage)低的开关元件。
以上，根据本发明，将开关元件的两端的电压分压，所以能够由晶体管构成的电路能得到对应于直流电动机的反电动势的迟滞输出，并能提供低价的直流电动机控制电路。
图1是本发明的一实施方式的直流电动机控制电路的电路图。
图2是表示图1的直流电动机控制电路的各部分的电位变化的曲线。
具体实施例方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是本发明的一实施方式，表示电钻的旋转控制中所使用的直流电动机控制电路。该直流电动机控制电路在两端P1、P2的电压为E(V)的直流电源(蓄电池)1上，串联连接着使电钻旋转的直流电动机2和由FET构成的开关元件3。
进而，该直流电动机控制电路具有连接到开关元件3的两端P1、P3，将P1-P3间的电压分压的分压电路4；将分压电路4的输出进行平滑的平滑电路5；输出对应于平滑电路5的输出并转换两个电压的迟滞(hysteresis)电路6；以及根据迟滞电路6的输出，进行开关元件3的开关的匹配电路7。在该直流电动机控制电路中，直流电源的负端P1与各电路4、5、6、7的输入输出共用，并在以下的说明中被作为各点的电位的基准。
分压电路4具有由在P1-P3间串联连接的固定电阻构成的两个分压电阻R1、R2，分压电阻R1和分压电阻R2的连接点P4的电压V4为分压电路4的输出。而且，分压电路4具有可变电阻VR和由固定电阻构成的旁路电阻R3。可变电阻VR的固定电极T1、T2连接到开关元件3的两端P1、P3，可动电极T3通过旁路电阻R3连接到分压电阻R1、R2的连接点P4。可变电阻VR是滑动式电位器，它在两个固定电极T1-T2间形成电阻体的层，并且，可动电极T3滑动连接到所述电阻体，从而能将T1-T2间的电阻分割成从0∶1到1∶0为止的任意的比率。
平滑电路5由电阻R4以及电容器C1构成，是将分压电路4的输出V4进行平滑(截断MHz以上的高频分量)，从而使波形平滑的低通滤波器。平滑电路5的输出点P5的电位V5成为对迟滞电路6的输入。
迟滞电路6由两个接合型的晶体管TR1、TR2和多个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10构成，平滑电路5的输出V5(平滑后的分压电路4的输出V4)输入到晶体管TR1的基极。晶体管TR1以及晶体管TR2的各个发射极在P6点相互连接，并通过发射极电阻R5连接到直流电源1的负端P1。晶体管TR1的集电极通过电阻R6被连接到直流电源1的正端P2，并通过串联连接的电阻R7以及电阻R8连接到直流电源1的负端P1。另一方面，晶体管TR2的基极上连接电阻R7和电阻R8的连接点P7，在晶体管TR2的集电极上连接串联连接的电阻R9和R10，电阻R9和电阻R10的连接点P8成为迟滞电路6的输出端。
匹配电路7具有晶体管TR3，基极被输入迟滞电路6的P8点的电位V8，发射极连接到直流电源1的正端P2，集电极通过串联连接的电阻R11和电阻R12连接到直流电源1的负端P1；以及晶体管TR4，基极连接到电阻R11和电阻R12的连接点P9，集电极通过电阻R13连接到直流电源1的正端P2，同时通过电阻R14还连接到开关元件3的栅极，发射极直接连接到直流电源1的负端P1。
接着，说明由以上的结构构成的直流电动机控制电路的作用。
直流电动机2因产生反电动势Vn(V)，所以开关元件3的两端P1-P3间的电压(以P1为基准的P3的电位)被以En＝E-Vn提供，该电压En对于转速为负的比例关系。开关元件3被截止的情况下，直流电动机2因惯性而维持旋转，但是旋转速度因旋转电阻等而降低，电压En上升。
分压电路4将对P1-P3间的电压分压后的电压V4输出到P1-P4间，但是该电压V4也因可变电阻VR的可动端子T3产生的分割比(T1-T3间的电阻和T3-T2间的电阻之比)而变化。可变电阻VR的分割比为1∶0的情况下，输出电压V4＝En×R2/(R2+R1//R3)，可变电阻VR的分割比为0∶1的情况下，输出电压V4＝En×(R1//R3)/(R1+R2//R3)。其中，‘//’是表示并联电阻的合成电阻的运算符。这样，与可变电阻VR的电阻值无关来决定分压电路4的输出电压V4的最大值和最小值。这意味着该直流电动机控制电路产生的直流电动机2的控制范围不因可变电阻VR的偏差而变动。
此外，在存在旁路电阻R3下，可变电阻VR的分割比在1∶0或者0∶1时都不会使P4点与P1点或者P3点短路，所以可构成与可变电阻VR的分割比无关，而将分压电路4的输出电压V4作为对后面论述的迟滞电路6的输入并维持在适当的范围的电路。
迟滞电路6在P5点的电位V5(平滑后的分压电路4的输出V4)为第1电位VD(V)以下时，使第1晶体管TR1截止，同时使第2晶体管TR2导通，并且，P5点的电位V5变成第2电位VU(V)以上时，使晶体管TR1导通，同时使晶体管TR2截止。
详细来说，首先，在直流电动机2启动不久，因转速低，P5的电位V5高，所以晶体管TR1导通。于是，晶体管TR1的集电极电流流过电阻R6，并因电阻R6中的电压降，使P7点的电位V7降低。由此，设定各个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10，以使晶体管TR2的基极-发射极间的电压为晶体管TR2的接通电压以下。在晶体管TR2截止时，电阻R9中不流过电流，所以，作为迟滞电路6的输出的P8点的电位V8成为与直流电源的正端的P2点相同的电压E(V)。
直流电动机2的转速上升，从而P5点的电位V5下降，晶体管TR1接通时，晶体管TR1的集电极电流消失，所以电阻R6的电压降减少，P7点的电位V7上升。由此，晶体管TR2的基极-发射极间的电压上升，从而使晶体管TR2导通。于是，在晶体管TR2的集电极-发射极间流过电流，所以，P8点的电位因电阻R9中的电压降而比E(V)低。作为迟滞电路6的输出的点P8的电位V8为E-V(BE)(V)。
晶体管TR1和晶体管TR2发射极相互连接，共用发射极电阻R5。设定各个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10的电阻值，以使晶体管TR1、TR2的发射极、点P6的电位V6在电阻在晶体管TR1截止、晶体管TR2导通时比晶体管TR1导通、晶体管TR2截止时高，也就是说，晶体管TR2的发射极电流比晶体管TR1的发射极电流大。
由于该P6点的电位V6的变化，使晶体管TR1导通所需要的P5点的电位VU比晶体管TR1截止时的电位VD高。由此，迟滞电路6利用迟滞特性而使相对于输入V5的输出V8的两个输出状态转换。
匹配电路7的晶体管TR3在迟滞电路6的输出V8为E(V)时被截止、在迟滞电路6的输出V8比E(V)更低时，在基极-发射极间产生电位差，所以，基极电流流过而导通。由此，P8点的电位V8成为比P2点的电位相应地低晶体管TR3的基极-发射极间电压(一般地为0.6V)的电位。晶体管TR3导通时，电阻R11和电阻R12的连接点P9的电位上升，使晶体管TR4导通。点P10的电位在晶体管TR4截止时为E(V)，但是，在晶体管TR4导通时，因连接到直流电源1的负端P1，所以变为0(V)。开关元件3的栅极上被施加P10点的电位，所以在晶体管TR4截止时，开关元件3导通，并对直流电动机2施加电源电压E(V)。
图2表示作为迟滞电路6的输入的点P5的电位V5，迟滞电路6的发射极的结合点P6的电位V6以及输出点P8的电位V8，以及开关元件3的栅极电压如何变化。在该图中，分压电路4的可变电阻VR的分割比(可动电极T3的位置)保持一定，将P4点的电位V4平滑后的P5点的电位V5与P3点的电位En成比例。
P5点的电位V5因直流电动机2的转速上升而成比例下降。电位V5为第1电位VD以下时，迟滞电路6的输出电压V8变低，所以开关元件3截止。于是，因直流电动机2旋转速度不断降低，所以En上升，从而使电压V5上升。电位V5为第2电压VU以上时，输出电压V8再变为E(V)，使开关元件3接通。
也就是说，直流电动机控制电路进行开关元件3的开关，以通过使P5点的电位V5保持第1电位VD以上、第2电位VU以下，从而使P3点的电位V3保持在由第1电位VD以及第2电位VU和分压电路4的分压比所决定的一定的范围。
在迟滞电路6中，根据电位V5的变化，发射极P6的电位V6也变动，但是在该电位V6的两个值上分别附加了晶体管TR1的接通电压(基极-发射极间电压)后的值为VU以及VD。
使可变电阻VR的可动电极T3移动而改变分压电路4的分压比时，P5的电位V5和P3点的电位En的比率改变，电位V5的上升/下降的速度变化，所以，开关元件3的导通/截止时间改变。在本实施方式中，开关元件3的导通/截止周期因钻机的负载而变化，但是大约为百Hz～数kHz的范围。
在本实施方式中，使用由以低的栅极电压接通的FET构成的开关元件3，所以，通过匹配电路7将迟滞电路6的输出电压V8变换成在0(V)和E(V)转换的电压，从而与开关元件3的输入特性匹配。但是，在本发明中，迟滞电路6也能输出P6点或P7点等其他点的电位，并能够通过各个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10的电阻值的设定或者开关元件3的选择，由迟滞电路6的输出而直接使开关元件3导通/截止。
权利要求
1.一种直流电动机控制电路，其特征在于，具有开关元件，其与直流电动机串联连接到直流电源上；分压电路，将所述开关元件两端的电压分压；以及迟滞电路，连接多个晶体管而构成，以具有相对于所述分压电路的输出电压，利用迟滞特性转换两个值的电压输出，通过所述迟滞电路的输出而开关所述开关元件。
2.如权利要求1所述的直流电动机控制电路，其特征在于所述迟滞电路具有基极被输入所述分压电路的输出电压的第1晶体管，以及在所述第1晶体管截止时被导通、在所述第1晶体管导通时被截止的第2晶体管，所述第1晶体管以及所述第2晶体管的发射极相互连接，并共用发射极电阻，所述第2晶体管的发射极电流比所述第1晶体管的发射极电流大。
3.如权利要求1或2所述的直流电动机控制电路，其特征在于所述分压电路由两个分压电阻和可变电阻构成，所述两个分压电阻由串联连接到所述开关元件的两端的固定电阻构成，所述可变电阻将两个固定电极间的电阻体以可动电极分割成从0∶1到1∶0为止任意的比率，所述可变电阻的所述两个固定电极连接到所述开关元件的两端，所述可动电极连接到所述分压电阻之间的连接点。
4.如权利要求3所述的直流电动机控制电路，其特征在于将所述分压电阻之间的连接点和所述可动电极，通过由固定电阻构成的旁路电阻而连接。
5.如权利要求1至4的任何一项所述的直流电动机控制电路，其特征在于还具有匹配电路，该匹配电路使所述迟滞电路的输出匹配于所述开关元件的输入特性。
6.如权利要求5所述的直流电动机控制电路，其特征在于所述匹配电路包括能输出所述直流电源的低位侧的电压的晶体管。
全文摘要
提供低价且在每个产品上没有偏差的直流电动机控制电路。在直流电源(1)上串联连接直流电动机(2)以及开关元件(3)，并由分压电路(4)将开关元件(3)两端的电压(En)分压，通过连接多个晶体管(TR1、TR2)所构成的迟滞电路(6)的输出而进行开关元件(3)的开关，以使电压输出(V8)相对于分压电路(4)的输出电压(V5)，利用迟滞特性而转换两个值。
文档编号H02P7/28GK101030750SQ20071000537
公开日2007年9月5日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月28日
发明者大盛浩二 申请人:欧姆龙株式会社