CN201248022Y - 具有电机控制模块的电动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动工具，包括：工具电机和集成有开关的控制模块，其中控制模块配置和安置的为可编程的以便控制多过一种的不同电动工具的工具电机。该控制模块包括用以检测工具中的表示过载事件的错误状况的电子离合器，并包括用以控制电子离合器和用以基于检测到的错误状况启动保护动作以移去或减小到工具电机的电能的微控制器。该模块适于完成提供听觉和/或触觉反馈给工具用户作为工具中即将发生的或者当前的错误状况的报警的方法。该模块可防止在过载事件已经清除和该工具插上电源且其电源开关打开之后，或者在工具插上电源且电源开关打开之后，电源不注意地打开。控制模块适于为电动工具提供力矩控制，以估计工具电机的温度并告知工具用户工具的维修需求何时需要。

Description

具有电机控制模块的电动工具

优先权声明

本申请要求35U.S.C 119(e)下的于2005年10月12日提交的Samuel G.WOODS等人的名称为“UNIVERSAL CONTROL MODULE”美国临时专利申请No.60/726,011，以及于2006年6月29日提交的Samuel G.WOODS等人的名称为“CONTROL AND PROTECTION METHODOLOGIES FOR AMOTOR CONTROL MODULE”的美国临时申请No.60/817,085的权益。在此，每件临时申请的全部内容被引用作为参考。

技术领域

本实用新型总体上涉及一种具有控制模块的电动工具，该控制模块用以控制电机的操作并实现作为开关部分，以便保护电机和相关电气装置例如由电机带动的电动工具。

背景技术

典型地，对于给定的应用，电机由控制电机的专门的模拟或数字电路控制。例如，可需要一种专门的电路来控制用于电气装置的应用例如电动锯应用中的给定电机，而可需要另一专门的电路来控制用于另一电动工具应用例如钻应用中的不同电机。专门的模拟或数字控制电路典型地由不同部件构成。这些部件通常具有不同的值、公差和/或控制软件以为给定电机和/或给定电机应用创造独特的操作特性剖面。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种电机控制模块，该模块控制电机例如线缆电动工具的工具电机的操作，其中控制模块的功能性实施为开关部分，例如电动工具的开关。在一个例子中，控制模块包括用以保护工具抵御过载事件的电子离合器。模块中的电子离合器可与工具中的机械离合器一起使用以保护工具抵御过载事件。模块中的另一保护方法包括提供听觉和/或触觉反馈给工具用户作为工具中即将发生的或者当前的错误状况的报警的方法。这可通过脉动工具电机或折返(foldingback)施加到工具电机的电压(电机折返)而完成。脉动和电机折返可被控制模块中的微处理器调用以控制模块中的三端双向可控硅开关元件来变化或改变施加到工具电机的电压。

控制模块的另一保护方法防止在过载事件已经清除而工具插入电源且其电源开关打开之后或者在工具插入电源而电源开关打开之后因疏忽所致的通电。模块中的再一保护方法提供力矩控制给电动工具，如果测量力矩达到给定设定点，其使用电机折返。

在另一例子中，控制模块中的控制方法可估计工具电机的温度，包括工具启动时的工具电机温度，或者可以告知工具用户线缆电动工具何时需要维修。在再一例子中，控制模块可配置的以控制多种不同工具中的多种不同电机。控制模块包括配置以执行多种不同保护或者控制工具电机的控制功能的微处理器，并包括用于存储多个软编码系数的至少一个存储器，其可设置的以使能(enable)或者禁用(disable)模块中的不同保护或控制功能的选定的那些。软编码系数包括多个不同的可选择的输入，其可设置为给定选取功能的输入，并包括多个不同的可选择的输出，其可设置为来自给定选取功能的输出。

该模块包括控制器和三端双向可控硅开关元件以控制到给定工具电机的电流。该模块可执行多种控制算法，包括关于同步模块和AC输入信号、估计流经三端双向可控硅开关元件的平均电流、补偿放大器偏置以提高模块中的电流测量精度、以及通过使用控制器的比较器中的滞后原理提供工具电机的速度测量和控制的方法。此外，那里，控制器配置的以校正振荡校正寄存器。

本实用新型的优点在于，可以用一种模块实现控制不同工具的功能，并且比传统的专用模块具有更多的功能且更加可靠。从而降低生产成本，提高产品质量。

附图说明

本实用新型的示例性实施例将从下面的在此给出的详细描述和附图变得更加全面地得到理解，其中相同的部件用相同的标号表示，在此，其仅仅是通过示例地给出，这样其并非限定示例性实施例。

图1A是示出根据示例性实施例的工具壳体中的控制模块的电动工具的局部平面视图。

图1B是示出根据示例性实施例的集成有开关的控制模块的开关的视图。

图1C是示出根据示例性实施例的集成有开关的控制模块的开关的视图。

图2是根据示例性实施例的示出控制模块、捡拾线圈组件、辅助板和速度盘的关系的电动工具中的工具电机的选取部件的等角投影视图。

图3是根据示例性实施例的控制模块的等角投影视图。

图4是根据示例性实施例的控制模块中的电子部件设置的方块图。

图5是示出根据示例性实施例的绝对离合器模式的功能性的流程图。

图6是示出根据示例性实施例的DI/DT离合器模式的功能性的流程图。

图7是示出根据示例性实施例的零电压动作程序的流程图。

图8是示出给电动工具用户触觉反馈作为在那里即将发生的或者当前的错误状况的报警机制的图表。

图9是示出电动工具中的电机电压的折返的图表。

图10A是示出根据示例性实施例的电机温度估计算法的流程图。

图10B是示出在掉电后或初始工具上电时如何估计温度寄存器值B的流程图。

图11是对于配置有示例性控制模块100的120V小角度磨机比较根据图10A的算法计算的估计电机温度与实际测量电机定子温度的图表。

图12是根据示例性实施例的系数输入、保护/控制方法和装置以及系数输出之间关系的概略图。

图13A是图1A中的齿轮箱部分16的正视图。

图13B是用以示出机械离合器的细节的图13A沿线A-A剖开的横截面视图。

图14是根据示例性实施例的控制模块中的电子部件设置的方块图。

图15是用以示出检测三端双向可控硅开关元件1420是否需要在三端双向可控硅开关元件120的初始触发之后在控制模块100中从给定的控制方法再次触发的流程图。

图16A是示出用以完成过零检测的控制电路1400的过零检测电路部分的方块图。

图16B示出检测AC供给信号的过零以同步控制模块100和工具电机的方法的流程图。

图17示出用于电机控制模块100中用以确定电机速度的示例性电路。

图18示出AC电压波形的示例性正半周期和相应的采样电机电流数据点。

图19示出对于纯感应负载AC波形中的正AC电压半周期和相关的电流半周期。

图20示出根据示例性实施例的对于轻微的感应负载正AC半周期中的电压和采样电流波形以描述估计平均电流的方法。

图21示出根据另一示例性实施例的对于纯感应负载正AC半周期中的电压和采样电流波形绝对值以描述估计平均电流的方法。

图22A是用以示出根据示例性实施例的用以估计通过电机控制模块的三端双向可控硅开关元件的平均电流的方法的流程图。

图22B是用以示出根据另一示例性实施例的用以估计通过电机控制模块的三端双向可控硅开关元件的平均电流的方法的流程图。

图22C是示出根据另一示例性实施例的用以估计通过电机控制模块的三端双向可控硅开关元件的平均电流的方法的流程图。

具体实施方式

美国专利No.7，102，303和美国公开申请No.2005/0237011在此被引用作为参考。

在一示例性实施例中，控制模块可配置的以为多种不同平台提供控制。例如，控制器模块可配置的以操作用于不同应用的多种不同电机。控制模块可以是万能的以使得相同结构的控制模块可以是可编程的以操作多种不同的电机。控制模块可以被编程以根据不同特性控制电机。例如，一种控制模块可以被编程以控制斜切锯电机，而另一控制模块可以被编程以控制沙磨机电机。但是，控制模块保持一样。在下面更加全面地描述的控制模块或者至少控制模块的功能性可集成有开关。

对于在此及后详细描述的，示例性实施例针对由电子装置的电机控制模块中的电子电路完成的控制和/或保护方法。在一例子中，电子装置可以是具有由AC源电压给电的工具电机以驱动电动工具的刀头或附件的线缆电动工具。在此及后的示例性实施例示出控制或保护方法，其关于并包括但不限于：电动工具启动；超出电压、速度、电流、力矩和/或温度阈值的一个或多个的过载或错误事件；以及可警告工具用户即将发生的错误和/或过载情形的报警机制。为了提供在此及后所述的示例性方法的内容，实用新型设计人首先提供具有控制模块的示例性电动装置的概略图以及控制模块的电子元器件的示例性方块图。

图1A是示出根据示例性实施例的工具的壳体内的控制模块的电动工具的局部平面视图。参照图1，电动工具10被示出实施为旋转线缆电动工具10，可理解的是，示例性实施例可应用到除了旋转线缆电动工具之外的电动工具。在图1A的例子中，电动工具10示出为通过电力线缆21由AC线电源给电的角磨机。角磨机10包括用以接收由工具电机带动的工具刀头或附件的附件防护物14内的有凸边的夹具螺母12。在该例子中，附件可为例如磨盘(未示出)的旋转附件。磨盘可通过心轴附着到齿轮箱16，其固定到工具壳体18。

齿轮箱16还包括机械离合器(为了简洁在图1A中未示出)以当检测到一些错误状况时移去系统中的惯量。在一例子中，机械离合器可实施为骑在锥形垫圈内的锥形离合器，并可包括推力垫圈。该机械离合器配置的以移去齿轮箱16内的惯量。在一例子中，机械离合器基于力矩超过一些设定点例如100in-1b而动作。省略机械离合器的操作的详细解释以便简洁。

图13A是齿轮箱部分16的正视图，图13B是沿图13A的线A-A剖开以示出机械离合器的细节的横截面视图。在图13A中，齿轮箱16的正视图被示出为去掉了齿轮箱壳体以便示出齿轮1304。此外，心轴锁按钮1302设置在齿轮箱16的侧面。心轴锁按钮1302接合用于锁闭电动工具10的心轴的心轴锁以允许附件得以在其上更换或拆除。

参照图13B，其是图13A沿线A-A剖开的横截面视图，心轴1308被示出通过外心轴轴承1320和内心轴轴承1322穿过齿轮箱16而终止在螺母1318。心轴轴承1320、1322使得能心轴1308能径向运动，如本领域已知的。机械离合器1310可包括锥形离合器1312、一对Belleville弹簧1314、垫圈1316和螺母1318。机械离合器1310在可归因于过载情形、附件弹跳等的错误例如工具急停的情形下动作。这样，机械离合器1310通过卸下齿轮1304以移去或释放来自系统的惯量而保护用户。同样在图13B中示出的是心轴锁1306，其可通过心轴锁按钮1302的动作而通过销1305接合。在图13B中，心轴1308示出为非锁闭位置。

锥形离合器1312是双D配合(也就是，锁)的并具有带轻微倾斜角度的侧表面。尽管在图13B中没有显示以示出机械离合器1310的部件，但是齿轮1304与心轴1308滑动配合。当负载施加到心轴1308时(例如，在归因于过载情形、附件弹跳等引起的例如急停的错误的情形下)，锥形离合器1312变为抵着Belleville弹簧1314偏压，从而抵着垫圈1316和螺母1318偏压Belleville弹簧1314。这提供背着齿轮1304的力以卸下齿轮1306以便释放或移去来自系统的惯量。由于用于电动工具的机械离合器的操作为本领域已知，所以省略进一步的详细讨论以便简洁。

参照图1A，工具壳体18示出为移去了部分外壳体，以使得以电机电枢20的磁环22和换向器环24最接近的关系示出万能控制模块100(“控制模块”)。控制模块100设计以控制多种电机的操作和/或为多种不同电机应用(例如，不同的电动工具)配置。

此外，在图1A中，示出支撑捡拾线圈组件250和变速拨盘270的辅助板200。作为连接到电动工具10内的控制模块100的组件部分，辅助板200可包括在工具壳体18内。辅助板200的一个功能是允许根据电动工具设计需求所指示的定制捡拾线圈和变速盘。捡拾线圈组件250可附着到辅助板200并配置的以检测电机速度。变速拨盘270可由用户操作以便设定和/或改变期望的电机速度。

参照图1B和1C，控制模块100和/或控制模块的功能性可集成有开关193(图1B)或195(图1C)。一个益处是单一的电气部件，其将需要更少的空间并且显著地简化电动工具应用的布线。另一益处将是控制模块的所有特征将是可用的以允许集成控制模块的功能性到没有用于单独的控制模块的空间(也就是，控制模块与开关分离)的工具中。

在一示例性实施例中，开关可包括手指操作开关，其可为扳机开关，但不限于仅为扳机开关，其是用户输入装置，但是还可为提供反馈给电动工具的用户的装置。

手指操作开关(FOS)可为具有物理运动(平动或转动、或者二者的结合、在一个平面中或三维中)的开关或者非移动开关。如果其是具有物理运动的开关，则其运动可通过电阻元件和移动滑块(反之亦然)的电阻变化、线性可变差分变压器、可变电容器、检测位置的光学装置，或者任何其它检测一维、二维或三维中位置和平动或转动运动的装置检测。

FOS可为具有压力传感器、应变仪或其它力传感器的非运动开关。其可模制在软的或柔韧的塑料中，或者其可为内部具有胶状物质的“胶体”开关。其可例如通过使用两种不同类型的不透明和透明的塑料由双注射工艺模制。

FOS可包含以下面的形式的反馈给用户：发光(LED、灯、激光二极管、红外二极管、热发光、电发光，或任何其它产生各种光和多种多样的颜色的装置)、热加热(例如，电阻加热元件，用以表明用户应该减少开关上的压力)、振动(触觉反馈以表征一些情况给用户)、或者声音信号(例如，作为报警的声音)，或者任何其它类型的反馈给用户。工具反馈还可包括，但不限于，电机温度、电机电流、工具力矩或工具故障。

图2是根据示例性实施例的示出控制模块、捡拾线圈组件、辅助板和速度盘的关系的电动工具中的工具电机的所选取的部件的等角投影视图。图2示出辅助板200及其部件(捡拾线圈组件250和速度盘270)、控制模块100和工具电机15之间的关系，其可包括在工具电机定子30中转动的工具电机电枢20。在一例子中，辅助板200、捡拾线圈组件250和拨盘270可合起来称作“辅助电路板组件”。例如，辅助电路板组件附着到图1A的控制模块100，而控制模块100适于控制工具电机的操作。

工具电机电枢20包括可通过电枢轴29附着到电机电枢20的换向器环24的磁环22。电机电枢20的输出通过球轴承27和心轴28传递到齿轮箱16。可设置多个磁体在电机电枢20的磁环22上。随着电枢20转动，来自磁体的磁场被捡拾线圈组件250捡拾以给出电机速度的精确读数。如上所述，整个工具电机15包括在工具电机定子30中旋转的工具电机电枢20。

辅助板200还可包括变速拨盘270，其用作如本领域已知的电位计。在一例子中，变速拨盘270部分可包括多个位于板簧上的刚性棘爪，以便提供听觉反馈给用户。在一例子中，棘爪接触板簧以提供触觉反馈给用户。这还用以防止变速拨盘270在任何工具振动过程中移动。此外，棘爪的使用可防止用户不注意地改变速度，从而提供易于辨别的触觉反馈给用户。

图3是根据示例性实施例的控制模块100的等角投影视图。参照图3，控制模块100包括上壳体110、下壳体120、间隔器130和印刷电路板140(图3中未示出)。在一例子中，例如，上壳体110可由为控制模块100中的有源电气部件提供散热的材料制成，并可铸造以具有所述功能。下壳体120可配置的以支撑控制模块100的内部部件并允许浇罐以产生密封套。此外，下壳体120为控制模块100中的有源电气装置提供电绝缘区域。

间隔器130可配置的以将控制模块100中的通孔电子元件保持就位，例如在控制模块100的组装过程中。控制模块100还可包括紧固上壳体110到控制模块100中的螺母(未示出)的紧固件115(例如螺栓)。紧固件115可紧固到控制模块100中的有源电气装置，例如开关、三端双向可控硅开关元件、电子阀等。因此，上下壳体110、120可通过单一紧固件115例如螺栓和螺母组件固定在一起。

控制模块100还可包括一对快速连接电源凸片150和连接到印刷电路板140的输入/输出连接器160。快速连接电源凸片150顺次连接到控制模块100并可为例如不同尺寸和不同长度以防止不正确地连接到其它部件。在一例子中，输入/输出连接器160可配置为12针排列，其中针162的四(4)针是空的且并不使用(为了提供间隔)，针162的五(5)针可以为输入/输出针，针162的一(1)针可为火线针，针162的一(1)针可为电路的接地/中性针。这仅仅是输入/输出连接器160的一种端子针设置；在此，根据该示例性实施例，其它设置对于本领域技术人员是可预见的。

如上所述，在控制模块100的组装过程中间隔器130将通孔电子部件保持就位。在制作过程中，有多个电子部件附着到PCB140。间隔器130的一个作用是在波峰焊接过程中将部件维持就位以消除保持固定卡具。相应地，间隔器130在组装过程中可放置在电源凸片150之上以提供富余量，并还可提供电绝缘同时在这些部件之间维持这些富余量。

间隔器130包括护罩部分136，其配合到下壳体120的凸片122上以密封和封装输入/输出连接器160。间隔器130的护罩部分136可用以防止碎片和尘土屑进入控制模块100的有源部件中。

可通过在间隔器130中浇罐提供附加绝缘。除了将控制模块100中的有源部件保持就位外，浇罐材料可具有V0易燃性等级。合适的浇罐材料包括但不限于基于环氧的密封剂、单一或多组分聚氨酯或聚氨酯胶体密封剂、单一或多组分硅或硅胶密封剂等的一种或多种。

相应地，具有浇罐物作为绝缘物例如区分开具有单一层的绝缘物的控制模块100与非绝缘控制模块。此外，导热脂可施加到有源电子部件例如控制模块100中的FET或三端双向可控硅开关元件的上表面；这在工业中是标准的。或者，可设置导热板(未示出)，而不是导热脂。导热脂或者导热板可用于防止浇罐物在给定的有源电子部件和上壳体110之间渗出，并可例如根据有源部件的高度的作用而调整尺寸。

图4是控制模块100中的电子部件设置的方块图。图4中的一个或多个部件可集成有开关。在此及后所述的电子部件可设置在控制模块100中的PCB140上。控制模块100包括用以存储在各个功能或算法的执行过程中所用的一个或多个软编码的功能系数的存储器434、436。因为给定的软编码功能系数可对于特定工具应用为特定的，控制模块100可适于控制多种电机和/或多种不同电机应用(例如不同的电动工具)的操作。软编码系数可理解为包括到由控制模块100执行的给定功能或算法的系数输入，并包括可根据给定工具或工具应用而改变或变化的功能系数。软编码系数还包括与作为完成控制模块100所进行的给定功能或算法的结果的由控制模块100进行的保护动作有关的系数输出。对于给定应用，到给定功能的系数输入或从给定功能的系数输出可根据需要改变或连接。这在图12中更加详细地示出。

控制模块100可连接到AC电源(AC电源(AC Mians))和电机电枢20以及工具电机定子30。在一例子中，工具电机电枢20和工具电机定子30可包括AC电机15。控制模块100包括控制电路，总的表示为部件400。在一例子中，控制电路400确定电机控制开关402的位置并且当施加AC电源时基于电机控制开关402的位置控制控制模块100是否提供电能给电机电枢20和电机定子30。

控制电路400包括电源405，其提供电能给编程以控制某些操作和/或指导控制模块100中的某些功能或保护性动作的微控制器430。电源405可提供例如5V的VCC。供给电压监视器415监视VCC并提供所检测到的输入给微控制器430。

微控制器430可通过控制输入线418提供控制信号给三端双向可控硅开关元件420而控制电子阀420。在一例子中，其可以是三端双向可控硅开关元件，尽管电子阀可以实施为场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、硅控整流器(SCR)、电压控制装置等的任一。一般地，控制模块100经由微控制器430和施加到三端双向可控硅开关元件420的控制输入线418的控制信号通过以与AC电流或电压波形的过零有关的周期性间隔打开和关闭电机电流，控制工具电机15的操作。这些周期性间隔被使得与AC波形同步地发生并以导通角作为度数值地测量。

导通角确定AC波形中电子阀420触发的点，从而传递电能给电机15。例如，每半周期180°的导通角对应完全导通的情形，其中电子阀420被触发以使得整个不受干扰的交变电流施加到电机15，也就是，电子阀420被触发以使得电流流经电子阀420，持续AC输入信号的整个半周期。类似地，90°的导通角对应形成开始于给定的半周期的中间的通过电机15的供给电压，这样电子阀420被触发以使得可用能量的约一半传递给电机。小于90°的导通角对应在给定半周期后电子阀420的触发以使得甚至更少数量的能量传递给电机15。

在此及后，除非下面特别指出，电子阀420指三端双向可控硅开关元件420。在一例子中，三端双向可控硅开关元件420可为单绝缘三端双向可控硅开关元件，在那里绝缘物是在所述部分的内部。更具体地，构成电机15的电机电枢20和电机定子30的操作是由控制模块100中的控制电路400控制。为了控制电机电枢20和电机定子30的操作，微控制器430控制流经电机电枢20和电机定子30的电流或者施加到电机电枢20和电机定子30的电压，或者二者，其是通过三端双向可控硅开关元件420的电子周期。控制电路400可确定何时打开或闭合三端双向可控硅开关元件420，其基于可存储在查询表中的软编码系数或者从基于测量因素或参数例如电压、速度、电流、力矩、其它外部输入(456、458等)或上述的任何结合的控制方程。当电机控制开关402置于闭合(也就是“接通”)位置时，控制模块100控制电机15的操作，从而允许电流流过。控制电路400的功能是监视电机控制开关402的位置并防止如果电能施加到电机15而电机控制开关402是在闭合(也就是“接通”)位置电机15启动。

例如，微控制器430可包括单一芯片结构上的非挥发存储器例如RAM434或SRAM和可编程ROM436(可变ROM)例如闪存、CPU内核例如微处理器432、板上周边设备。非挥发存储器适于保持存储的信息，即使是没有电的时候。非挥发存储器的例子包括RAM(DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等)、基于磁和光的存储器。可变固态ROM的类型可包括可擦除可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。EPROM可通过暴露于紫外线而擦除然后通过EPROM编程器重写，并且可通过允许UV光进入的在顶部的圆形“窗”而识别。EEPROM例如闪存允许整个ROM(或者ROM库)被电擦除(激闪回零)然后写入，不需要将其取出计算装置。

在一例子中，微控制器430可为ATMEL AVR

8位RISC微控制器的一种，例如具有8K字节的自编程闪编程存储器(EEPROM)的ATmega8闪微控制器。但是，模块100的智能控制并不限于示例性的微控制器430。例如，智能控制装置可在硬件和/或软件方面实施为另一微控制器、模拟电路、数字信号处理器或者一种或多种数字IC例如特定用途集成电路(ASIC)。

具有工具电机15(电机电枢20和电机定子30)的控制电路400与电机控制开关402、三端双向可控硅开关元件420和在电源的火线和中性线(公共)侧之间的分流电阻440串联。在图4中，工具电机15的一侧连接到电源，例如经由电力线缆21(图1A)通过电机控制开关402连接到AC电源407的火线侧。工具电机15的另一侧通过三端双向可控硅开关元件420、分流电阻440和电力线缆21连接到AC电源407的中性线侧408。

分流电阻440可实施为模拟电流传感器，其检测电流并提供信号，该信号在放大器445放大。放大器445具有连接到分流电阻440的一侧的第一输入和连接到分流电阻440的另一侧的第二输入。放大器445的输出连接到微控制器430的给定端口。分流电阻440仅仅是电流传感器的一个例子，其它电流传感器包括例如电流变压器、数字传感器、霍耳效应传感器等。

微控制器430包括在那里的模数转换器(ADC)，其将从各个传感器接收到的模拟信号转变为数字信号以便微处理器432处理。ADC在微处理器430中并未示出以便清楚，可理解的是来自放大器445、监视器415、425、427、电源405、温度传感器410的模拟输入和其它控制输入/输出线456、458接收到的任何模拟输入数据在ADC中被转变为数字表示以便微处理器432处理。

控制电路400还包括具有电阻451、452、454的分压电路450和被微控制器430利用来检测AC电压的一个或多个过零的箝位二极管455和457。电压过零可定义为AC电压穿过零轴并从正电压到负电压或从负电压到正电压变化时的那个点。该点用于微控制器430内部的定时目的。分压电路450通过电路线460在给定端口(未示出以便清楚)连接到微控制器430。电阻451、452和454将AC源电压分压为微控制器430可用的电压水平。箝位二极管455和457保护微控制器430在如果AC源电压中发生电压尖峰时免遭损坏。在一例子中，所有或部分的分压电路450可包括在控制电路400中或者在微控制器430中。在一例子中，微控制器430可包括内部箝位二极管455和457。

控制电路400可包括设计用以检测温度和通过端口输入所检测到的信号到微控制器430的一个或多个温度传感器410。温度传感器410可实施为例如NTC或PTC热敏电阻、温度感应IC或热电偶。温度传感器410可通信控制模块100的温度或者特定部件例如三端双向可控硅开关元件420或微控制器430的温度，其可用于确定某些过载事件/错误状况。因为这种温度传感器410的功能是已知的，所以省略其功能操作的详细解释以便简洁。可根据需要放置多个温度传感器410在模块100中。

此外，控制电路400包括两个电压监视器以监视三端双向可控硅开关元件420的电压，一个是门电压监视器425，其用于确定在负电压半周期中三端双向可控硅开关元件420是否导通，一个是正半周期电压监视器427，其用以确定在正电压半周期内三端双向可控硅开关元件420是否导通。两个监视器425、427都是必需的，因为控制器430仅仅可以检测正电压。在AC周期的负半波，监视器427将检测不到电压。

控制电路400可包括一个或多个输入/输出(I/O)线456、458以便与用户通信。这些I/O线456和458可为数字或模拟输入或者数字输出，并可连接到例如电位计、开关、LED或其它形式的用户接口(例如速度盘、工具扳机、通断开关等)的装置，以增加一些系统的可变性。

一般地，如图4所示的控制电路400是用以提供工具电机控制和/或与电动工具启动、超出电压、速度、电流和力矩和/或温度阈值的一个或多个的过载或错误事件的一个或多个相关的保护。控制电路400是用以执行控制或提供报警机制的方法，该报警机制警告工具用户即将发生的错误和/或过载情形。相应地，既然已经描述了控制模块100的总体结构和电子电路，下面更加详细地讨论由控制电路400所完成的示例性方法。

过载控制

在一例子中，控制模块100的控制电路400可在微控制器430中的微处理器432的控制下应用基于软件的仅电子的离合器(EOC)，独立地和/或与工具中的机械离合器结合以提供电机过载控制。机械离合器可实施为例如如图13B所示的机械离合器1310。在此及后，机械离合器称为“MC”。

在一例子中，与微控制器430结合的EOC功能的实施要么关掉工具电机15，要么减少电机电压到较低速度和力矩值。再者，通过与齿轮箱16中的MC结合地应用控制模块100中的EOC，可使用较便宜的MC，并且仍然具有相对较长的寿命。例如，使用EOC/MC的结合的操作周期可增加周期寿命从200周期到超过2000周期。这仅仅是示例性的，EOC/MC的结合使用提高了MC的周期寿命至少25％。EOC的功能性检测过载/错误事件，其将在下面更加详细的讨论，借助其，微控制器430完全通过禁用三端双向可控硅开关元件420使工具10失电，或者以减少给工具10的电能的方法控制三端双向可控硅开关元件420。

尽管在工具关掉的情形下已经没有电，但是惯量仍然保持在系统中。惯量可导致电机电枢20以及任何附着的附件继续旋转。这可导致毁损附件(例如磨盘)以及齿轮和其它内部部件。在微控制器430完全切断电源，禁用三端双向可控硅开关元件420的触发后，使用与EOC结合的MC移去系统(例如工具10)中的剩余惯量。这种EOC关闭给电机的电流与MC移去系统中的剩余惯量的结合使得增加离合器和/或附件的周期寿命。

EOC可在控制模块100的内部，并且如上所述可为存储在存储器例如可变ROM436中的软件程序或步骤。例如，基于半线(half-line)周期或全线(full-line)周期，微控制器430执行的算法可连续监视工具的给定参数，例如电流、电机速度、电源、电机温度等。在一例子中，所监视的参数是电流；这样随着负载增加，电流增加。这样，微处理器432采样AC电流波形的半周期位置并数字化该采样以便计算给定电流值，例如瞬时电流、平均电流和/或均方根(RMS)电流。在另一例子中，微控制器430执行的算法可连续地监视工具电机的电机速度。

在一例子中，EOC可实施为绝对离合器模式，其中设定阈值例如平均电流、RMS电流或最大瞬时电流值(或者如果监视电机速度，则为电机速度阈值)。如果所计算或测量的电流值(例如，瞬时电流、平均电流或RMS电流)达到该阈值，则EOC的功能性检测到错误或过载情形。在另一例子中，阈值可由微处理器432设定超过给定时间期间例如X周期，以便避免瞬时或伪保护动作。

通过该检测，微控制器430基于已经存储于在一例子中可实施为图4中的EEPROM或闪存(作为ROM436的例子)的非挥发存储器中的输出系数启动保护动作。例如，如果在绝对离合器模式中用于EOC功能的存储在ROM436中的特定软编码系数是一关闭电机15的输出，那么触犯阈值将导致微控制器430关闭电机15。这样，工具10可置于关机模式，在那里微控制器430不再允许三端双向可控硅开关元件420导通。这是借助于通过从微控制器430发出经控制输入线418到三端双向可控硅开关元件420的控制信号电打开三端双向可控硅开关元件420而完成的。这关闭三端双向可控硅开关元件420；并不允许电流通过电机电枢20直到再次施加电到系统。

或者，如果不同的软编码系数存储在ROM436中，其改变绝对离合模式中进行的保护动作，触犯阈值可导致微控制器430控制三端双向可控硅开关元件420以脉动工具电机15，其将警告用户错误状况，或者到工具10的电可通过降低发出到工具电机15的输出电压而折返(folded back)。

在另一执行中，保护功能，例如关机、脉动或折返可基于EOC检测到的电流随时间的变化，也就是，DI/DT离合器(Δi/Δt)。在该例子中，电流值(例如平均电流、峰值电流或RMS电流)的变化随着时间被测量，并且如果电流的变化(Δi)超出给定极限或阈值，上面的动作(关机、脉动、折返)之一可被启动。这样，DI/DT模式中使用的EOC，其是由微处理器432迭代的算法，可考察N个周期，其中N＝1，2，3等。在另一例子中，阈值可由微处理器432设定为给定时间期间例如X周期，以便避免瞬态或伪保护动作。

相应地，EOC的使用可在绝对阈值模式或DI/DT阈值模式中基于超出给定阈值提供过载保护，那里数个保护动作的一个可在EOC功能性或算法检测到错误状况时发生。微处理器432从存储器(例如ROM436)检索某软编码系数并基于所检索到的软编码系数执行特定保护动作。指向一待执行的保护动作的软编码系数可称为系数输出。

选取的系数输出表明待执行的保护动作。例如，ROM436可包括表明微控制器430启动如下动作的系数输出：(i)触觉反馈，其中电机15通过微控制器430周期触发三端双向可控硅开关元件420而脉动供电以提供用户电动工具10中的错误状况的报警；或者(ii)折返，其中微控制器430减小三端双向可控硅开关元件420的导通角以减小供给电机15的电；或者(iii)电机关机，其中随着微控制器430电开路三端双向可控硅开关元件420，三端双向可控硅开关元件420完全禁用；或者(iv)促动电子制动器，那里电子制动器是由微控制器430执行的算法或软件程序；和/或(i)-(iv)之一与(v)的结合，(v)开亮工具壳体外部的报警LED以警示用户即将发生的或当前的错误状况。这些是示例性的保护动作，其例如可在EOC检测到过载事件时执行。

因为EOC是基于软件的，所以其没有机械部件，从而降低成本和消除部件磨损。EOC已经描述为与机械离合器一起使用；但是，其可与同机械离合器作用类似电子制动器一起使用。EOC可反作用到速度或电流随着时间的变化或者速度或电流达到的绝对水平。例如，32毫秒中增加8A(2线周期，60Hz)可导致EOC动作。或者，在16毫秒中将电机速度从8k rpm降低到6k rpm(1线周期，60Hz)可导致电子离合器动作。电流(35A)或速度(4，000rpm)(当没有负载时速度为10，000rpm)的绝对水平的情形可导致电子离合器动作。

较低速度和力矩值行为与机械离合器类似。EOC可与机械离合器或者电子制动器结合使用。

图5是示出根据示例性实施例的绝对离合器模式的功能性的流程图。图5示出EOC在绝对离合器模式的功能性，其在控制模块100中可以或者可以不与机械离合器(MC)或者电子制动器一起使用。

参照图5，在绝对离合器模式(500)中，微处理器432接收来自电流传感器440经由放大器445检测到的参数(在该例子中为检测到的电流采样)。相应地，在绝对离合器模式中EOC的功能描述为配置到采样电流；这是由于设置在ROM436(也就是EEPROM、闪存)中的软件按编码系数(系数输入)对于电流作为在绝对离合器模式中的EOC功能的输入。当然，在绝对离合器模式中EOC的功能可配置的以采样不同的参数，其将与不同的阈值而不是基于电流的阈值(也就是电压、电机速度、电机温度等)比较。这样，存储在ROM436(也就是EEPROM/闪存)中的系数输入可以指向其它参数作为EOC功能的输入而不是电流，例如速度、温度、电压或其它传感器参数。

在这些例子中，这些电流采样可以是AC电压波形的半周期位置或者全线周期位置(也就是基于线周期)的，其被数字化以便计算给定的电流值，例如瞬时峰值电流、平均电流和/或均方根(RMS)电流。所计算的电流值与阈值比较(520)，其如上所述可以是基于平均电流、RMS电流或最大电流的阈值。如果所计算的电流值(例如，瞬时电流、平均电流或RMS电流)超过该阈值，(520的输出是“YES”)，算法递增计时器计数器(530)；否则，计时器计数器被清除(540)。计时器计数器增量提供延迟以避免微控制器430对于瞬时情形的伪保护动作。

计时器计数器然后与计时器系数比较(550)。如果计时器计数等于或超过计时器系数(550的输出为“YES”)；这表明在绝对离合器模式中EOC检测到错误状况。

如图5所示，检测到错误状态时(在此基于550的输出的过载事件为YES)，控制模块100启动保护动作。在该例子中，微控制器430通过发出控制信号经由控制输入线418(图4)以电开路三端双向可控硅开关元件420而禁用三端双向可控硅开关元件420的触发，从而关掉工具电机15。

但是，对于EOC功能不同的系数输出可以设置在ROM436中以便微处理器432检索以使得微控制器430采取不同的保护动作，也就是，例如，使用控制电路400的相位控制系统来调用触觉反馈或电机折返，或者只是点亮工具壳体上的LED以向用户表征过载状态，而不是开路三端双向可控硅开关元件420来从工具电机15移去电压(和电流)。在图5中出于解释的目的，对于EOC功能(绝对离合器模式)系数输出通过禁用三端双向可控硅开关元件420而设置为电机关掉。

在绝对离合器模式，算法确定零电压动作特征是否被使能(570)。如下面的详细描述，零电压动作特征可设置为控制模块100的功能性的一部分以便尽力防止附着的电气装置(例如电动工具)在下面的情况打开：要么(a)电动工具的线缆插入，而电源开关处在“ON”位置并且线缆从AC输出拔出；要么(b)电源开关处在“ON”，工具被插入并给电，但是工具已经达到已经导致停机(尽管仍然插着)过载事件，并且过载事件已经清除，而电源开关仍然处在“ON”位置。

零电压动作保护特征的执行确保控制模块100中的电子阀例如三端双向可控硅开关元件420将在上面的情形(a)或(b)中不会触发。这样，随着使能零电压特征，微处理器432将启动零电压动作程序700，其将在下面更加详细的描述。否则，随着零电压动作禁用(560的输出是“NO”)，算法在580禁用中断并进入无限循环。这防止三端双向可控硅开关元件420触发，例如算法不断地运行相同的指令。

只有软系数输出设置为在绝对离合器模式错误的情形下停止工具电机15，才将发生运行零电压动作程序700或进入无限循环(在580)的动作。如较早前所述，软编码系数包括作为执行控制模块100所进行的给定功能和算法的结果的控制模块100所采取的保护动作有关的系数输出。到给定功能的系数输入和从给定功能的系数输出可根据需要为给定应用改变或连接。这样，如果一些其它系数输出被设置，其并不需要电机停机，也就是，折返、触觉反馈、LED等，则将发生单独的动作。

如果从530计时器计数小于计时器系数(550的输出为“NO”)，进行绝对离合器模式的正常迭代，监视下一个线周期或半线周期中的电流采样(590)，并且算法返回到510。

图6是示出根据示例性实施例的DI/DT离合器模式的功能性的流程图。图6示出在DI/DT离合器模式中的EOC功能性，其可以或者可以不与在控制模块100中的机械离合器(MC)或电子制动器一起使用。参照图6，在DI/DT离合器模式中(600)，微处理器432接收检测到的参数。在该特定例子中，参数是来自电流传感器440经由放大器445的电流采样(610)，其可理解为所采样的参数可为在两个单独计时的电机处的工具电机的电机速度。例如，这些可以是AC电压波形的半周期位置或全线周期位置的采样(也就是，基于线周期)，其被数字化以便计算给定的电流值，例如，瞬时峰值电流、平均电流和/或均方根(RMS)电流。

算法执行求差功能(620)以计算差值。在该例子中，从当前线周期计算的电流值(电流(X))减去从前一线周期计算的电流(电流(X-1))。比较该差值和设定阈值(625)，其如上所讨论的可为基于平均电流、RMS电流或最大电流的阈值。如果该差值超过该阈值(也就是，625的输出为“YES”)，算法确定使能还是禁用零电压特征(630)。功能635，640和700可以如图5所示地得以执行，这样省略详细解释以便简洁。

尽管在图6的例子中使用的是电流，但是显然可使用另一参数，例如电机速度和基于电机速度的阈值，以便确定是否已经检测到错误状况以启动保护动作。相应地，在另一例子中，差值可对于电机速度在两个不同的时机确定。

如果差值小于或等于阈值(也就是625的输出为“NO”)，算法比较差值和除以一个系数的阈值(650)，其在图6的例子中为阈值/2。如果差值超过阈值(也就是625的输出为“YES”)，周期计数器由微处理器432递增；否则，周期计数器被清除(660)。在一例子中，如果差值超过阈值/2持续至少N个连续线周期，其中N≥2，则检测到错误状况例如过载事件。

周期计数器增量提供延迟以避免微控制器430为了瞬时情形的伪保护动作。从功能655，如图6的例子所示的算法确定周期计数是否等于或超过3(在665)，从而表明来自650的差值已经超过阈值持续4个连续线周期，其可理解为这仅仅是一个例子，该计数可根据需要发出为2、3、4、N以为电机过载触发保护动作。换句话说，超过阈值/2的三个连续差值将跨越4个线周期。在这种情形中，在功能630、635、645和700中如上所述地评估零电压动作。功能660和665的输出返回微控制器430到正常操作670，那里进行DI/DT离合器模式，监视下一线周期或半线周期中电流采样。

在多个线周期比较差值和被除以一系数的阈值的目的是帮助在过载事件发生之前预测到其发生。例如，如果差值阈值设置为在两个连续线周期之间平均的30安培，则所测量的平均电流在连续周期之间也将与15安培(30/2)进行比较。如果这连续发生多次，尽管电流并未超过30安培，这仍将被认为是过载事件。

EOC/MC的结合使用可具有某些益处。例如，在切割应用中，如果在切割轮上一部分坍塌，那么EOC将立即关掉电机15(也就是，电机电枢20和电机定子30)。在这之后不久，机械离合器将在EOC关闭电源后滑动，从而倾卸任何剩余惯量。这可例如防止工具10毁坏或者防止齿轮破坏或分裂。

零电压动作

图7是示出根据示例性实施例的零电压动作程序的流程图。如上所述，零电压动作程序可设置为控制模块100的功能性的一部分，以使得防止所附着的电气装置例如电动工具在下列情形打开：(a)插入电动工具10的电力线缆21，电源开关在“ON”位置，并且线缆从AC出口拔出；或者(b)电源开关在“ON”，电动工具10插入并给电，但是电动工具10达到已经导致停机(尽管仍插入)的过载事件，并且过载事件已经清楚，而电源开关在“ON”位置。零电压动作保护程序可防止控制模块100中的电子阀例如三端双向可控硅开关元件420在上面的情形(a)或(b)之一下触发。

在一例子中，可在每一线周期的AC波形的90°相位位置设置一系列电压检查，以便查询刚在控制模块100接收到电能之后通过三端双向可控硅开关元件420的电压。当施加电能时如果电机控制开关402闭合，那么微控制器430将检测到通过三端双向可控硅开关元件420的电压的出现。当施加电能时如果电机控制开关402断开，那么微控制器430将不会检测到任何通过三端双向可控硅开关元件420的电压。如果在这些检查中表明有AC电压，那么三端双向可控硅开关元件420将不能触发直到表明在给定的线周期中没有电压，也就是，用户已经在重新启动电动工具10之前将电源开关轮转到“OFF”。需要多个连续的检查以消除系统中由于可导致电压短时通过三端双向可控硅开关元件420的电火花、电涌、电抑制等所致的任何随机噪声。

在上面的图5的例子中，微控制器430的微处理器432为EOC比较电流反馈和阈值(在520)。如果EOC配置有绝对阈值并且反馈电流值超过阈值，那么可发生两个动作。在系统中的零电压保护没有促动(禁用/未促动，560的输出为“NO”)的情形下，算法(在微处理器432的控制下)禁用无限循环中的中断(在580)以防止三端双向可控硅开关元件420触发，并且呆在该环中以有效地关掉电动工具10。这样，所有到工具电机15的电源都终止。

如果在控制模块100中零电压动作程序被使能(570的输出为“YES”)，微处理器432，在零电压动作程序700的功能的迭代中，查询电机控制开关402是断开的还是闭合的。在该例子中，零电压动作方法并不禁用中断，但是三端双向可控硅开关元件420的触发基于图7的零电压方法禁用(在560)。

在图6的例子中，微处理器432测量随着时间的电流并为过去和当前的周期存储电流值在RAM434中。在一例子中，由微处理器432迭代的算法计算DI/DT值作为除以周期时间的瞬时电流的变化(DI/DT＝I₂-I₁/ΔT)。该DI/DT值或差值，其可称为变量Y，可与阈值比较。如果Y超过阈值(625的输出为“YES”)，那么相同的保护动作顺序(630、635、640/700)可由微处理器432启动，如图5的绝对阈值情形一样；否则，Y可与阈值的系数例如阈值除以2进行比较(在650)。

如果Y大于阈值除以2，那么计数器可增加到3或4次(655，665)以确认没有伪事件发生。另一方面，如果Y小于阈值除以2，那么计数器被清除(660)。如果计数器达到3或4，那么计数器被设定并且相同的保护(630、635、640/700)被执行，如同上面的绝对阈值情形一样。例如，如果计数器等于3，这表明4个连续线周期的数据已经超过阈值除以2的降低的阈值。

现参照图7，上面所述的情形(a)或(b)之一触发启动(705)，其中算法检测(在710)AC电压波形是否在负过零(也就是电压半周期穿越零到负半周期)。这是当其等待过零时算法的同步步骤，并将循环直到负过零被检测到。一旦检测到正过零，微控制器430的微处理器432可开始检查开关402的位置(715)。该与正半周期的同步仅在微控制器430在特定半波形可仅仅检测电压时才是必须的。但是，通过使用其它电压监视电路425，在负半周期期间采样是可能的。

一旦两个过零都检测到(715的输出为“YES”)，检查点的值被设定到相位点1(720)。相位点1可为在三端双向可控硅开关元件420的130°导通角处，或者基于给定时间(100毫秒)。功能725是一循环程序直到确定检查点已经达到，那时检测通过三端双向可控硅开关元件420的电压(730)。在该例子中使用通过电机控制开关402的采样电压，可理解的是，这仅仅是一个可被检测的示例性参数；通过电机控制开关402的电流可以是采样参数而不是电压。如果在730检测到一些正电压，那么假定开关402是闭合的。程序然后返回到710并且重复，从而不允许三端双向可控硅开关元件420导通，否则没有电压被检测到通过三端双向可控硅开关元件420。

在这种情形(730的输出为“NO”)下，算法判断是否已经检测给定数量的N个连续线周期(N≥2)的电压波形。在图7的特定例子中，算法判断是否已经检测三个连续线周期的AC电压波形(735)。如果YES，确定通过三端双向可控硅开关元件的电压是否为高(在740)，并且如果那样，算法在745插入延迟以等待开关402(其也可称作触发器或ON/OFF开关)闭合。如果通过三端双向可控硅开关元件420的电压在等待时间后仍然为高(750的输出为“YES”)，那么开关402闭合并且零电压动作程序700终止在780；电动工具10可打开以便正常操作。这样，功能740、745和750辨别电动工具10已经由于一些过载情形而关掉但开关402仍然是ON的情形。

另一方面，如果没有检测到AC电压波形的三个连续线周期，算法判断(在755)是否所有的检测电都已经检测了。该程序可具有每线周期多个检查点。测试的检查点越多，系统中的随机噪声抑制得越多。例如，如果在130、70和30度的导通角有三个单独的检查点，并且该三个点已经持续三个连续线周期被检测，那么程序有效地保证开关402沿着AC正弦波在9个连续分辨点确实是打开的。如果只检测一个分辨点，噪声可不利地影响系统。

这样，如果755的输出为YES，那么算法返回检查在710检查下一个线周期的负过零。如果不是所有的检查点被测试，那么确定检查点2是否已经检测(在760)，并且要么装载检查点2(770)，要么装载检查点3(765)，其基于在760的判断。在此及后，在755，AC周期计数器(temp2)递增，并且进程返回到725的检查点。该AC周期计数器(temp2)是微控制器430如何知道所有的三个连续周期已经测试。如果在任何检查点没有出现电压通过三端双向可控硅开关元件420，那么微控制器430假定开关是闭合的并在705重新开始整个程序。

上面的例子已经描述所检测的参数是通过三端双向可控硅开关元件420的电压以便确定开关402是断开还是闭合的情形。但是，在整个AC周期可不检查电压，而检测电流(也就是，平均、RMS、峰值电流等)。如果确定电流流经三端双向可控硅开关元件420，则可假定开关402是闭合的。否则，没有检测到电流，开关402是断开的。再者，在如上所述的检测过程中，可进行通过多个AC周期的多次检测以增加噪声抑制。

需要维修的算法

在另一例子中，微处理器432可迭代需要维修的算法以便表明电动工具10是否需要维修。需要维修的例子可以是更换工具电机15中的电刷，或者再施加油脂到齿轮箱16中的齿轮。电动工具可使用具有换向器电刷的通用电机。例如，图1A的换向器环24可具有在其上的换向器电刷。这些电刷典型地需要在工具的寿命结束之前更换。确定何时更换电刷可以基于阈值系数，其通过时间计算、电机电流测量、施加电机电压、速度、开关循环或这些参数的一些组合而设定。给用户的需要维修的表征可以通过工具壳体18上的光指示器例如LED进行。或者，例如，可通过以一些特定的振动模式的触觉反馈警告用户需要维修，或者工具可被设置为停机直到维修完成。

在一例子中，微处理器432的启动时，微处理器432计算工具10已经运行多长时间并将其与阈值系数比较。在该例子中，阈值系数可基于时间例如100小时设定。如果工具运行时间超过100小时，那么工具壳体18上的光指示器例如LED(未示出)可点亮以警告用户需要维修。例如，LED可保持在“ON”直到在维修中心或者由用户重置。

在该例子中，需要的维修是电刷更换。在电刷更换已经进行之后，可使用数种指示器重置的方法的一种。例如，为了重置阈值系数，维修中心代表或者用户可物理地拆除电刷和给工具10给电。由于工具中没有电刷，所以检测不到电流，这样微处理器432检测低电流(也就是，与阈值相比的低电流)并假定“没有电流”的读数。如果持续至少一秒没有电流被检测到，则微处理器432可执行重置程序。在一例子中，重置程序可包括将阈值系数(100小时)乘以一些系数(例如2)和/或延长其一固定或可变重置期间。由于新的需要维修的运行时间被设定，所以LED被去电并且电刷被更换回工具电机15中。

在另一例子中，可使用外部重置。电刷被更换然后工具被插入通电的外部重置模块。然后，施加电能到工具并且工具开关被促动。重置模块限制电机电流到非常低的值，低到足以电机不能转动。微控制器430识别这为维修需要重置指令并重置指示器。外部重置模块可在维修中心使用或者由工具用户购买。

在另一例子中，代码可由工具用户输入。在电刷更换后，工具给电。该代码输入可以是速度盘设定、变速开关设定、一段时间内的开关周期等的组合。换句话说，该代码可为到工具控制的用户输入的操作或动作的顺序或时机。例如，钻重置可需要用户10秒中内促动电源开关开/关5次，等待10秒，然后10秒中内再次促动电源开关开/关5次以完成重置。

触觉反馈

图8和图9是示出给AC线缆电动工具用户触觉反馈作为在那里即将发生的或者当前的错误状况的报警机制的图表。在由于一些错误状况关掉电动工具10之前，或者与停机相对时，期望可提供一些类型的报警给电动工具10的操作者。类似于当在所有者的汽车中发生错误状况时或者在发生过程中的情形，可以在发动机由于错误状况而损坏(也就是火花塞由于缺油而损坏)之前在仪表盘上给予所有者持续一给定时间的报警灯光。

在一例子中，检测到的欠压或过热情形可用作切断机制，也就是一旦达到阈值，控制模块100停止输出电流。但是，在错误状况触发例如欠压或过热阈值达到之前，电动工具10中的报警机制可警告操作者其正在靠近即将发生的可自动关掉电动工具10的操作极限。报警机制可以是例如可听见的(具有喇叭或蜂鸣器)或使用期望的的照明方案例如LED而为可见的。

普通转让给Thompson等人的美国专利No.6,479,958描述用于电动工具的突破力矩控制的方法。在’958专利中的一例子中，电动工具控制可通过检测表明一些错误状况例如停转情形的开始的给定电机参数而设置。在对即将发生的停转情形的响应中，当工具的电源开关保持接通时，电机以与电机的固有共振频率谐和地相关的频率脉动一定数量的次数。完成这以便传递一系列的具有大于系列中所传递的平均力矩的峰值力矩的力矩脉冲。这被称作“突破力矩”，并允许电动工具的用户完成给定工作以使得电机不烧坏或完全停转。

但是，在这里将要描述的另一配置中，电机15可不通过使用突破力矩而脉动来完成工作，而是可通过警告工具10的用户工具10正接近或在即将发生的错误(也就是，停机或停转情形)。在一例子中，脉动可为给定的电动工具而定制。脉动作为给用户的物理的触觉感受或警告机制。

这样，当控制模块100是相位控制的基于时间的系统时，任何逻辑可触发作为报警机制的输出脉冲。例如，例如给定速度、力矩、温度、电流或电流随着时间的变化的参数是可通过微处理器432测量并与一些阈值比较以便启动触觉反馈的参数，由此工具电机15在达到或超过给定阈值时脉动。

图8示出触觉反馈的结果，其中，三端双向可控硅开关元件420从完全“ON”掉为完全“OFF”。参照图8，区域A示出三端双向可控硅开关元件420在完全导通(也就是，微处理器保持导通角在180度以便完全导通)下触发。脉冲期间B包括一系列的三端双向可控硅开关元件420的“ON/OFF”触发。三端双向可控硅开关元件420是“ON”一段时间C，在“OFF”一段时间D。时间C+D代表一个期间B。期间B然后重复一组的次数E。相应地，提供图8以示出具有完全“ON/OFF”脉冲的触觉反馈。

在另一例子中，触觉反馈可通过变化的导通角完成。参照图9，脉冲图示出触觉反馈的结果，其中三端双向可控硅开关元件420可从较高的导通角下降到较低的导通角或者从较低导通角上升到较高导通角，而不是完全“ON/OFF”。一旦微控制器430的微处理器432检测到那，则控制模块100应该脉冲调制输出，微处理器432可要么减小导通角，从在A点的完全导通到在B点或C点的较小的导通角，或者可增大导通角，从低点例如C增加导通角到点A(完全打开)。该执行在完全“ON/OFF”触觉反馈过程中可利用与图8所示相同的系数。相应地，例如任务周期(图8中的参数D与C的比)、脉冲时间(图8中的参数E)、非脉冲时间(图8的参数A)等的参数可根据需要根据给定的电动工具或应用变化。

在一例子中，警告用户控制模块100中即将发生的错误状况可利用控制模块100的相位控制属性以在ROM中为触觉反馈(图8的A、B、C、D、E)设置软编码参数以产生电机20速度中的“震颤”效果。该电机速度的小的循环变化可被选取以使得不会不利地影响工具性能但提供用户对于即将发生或当前的错误状况的听觉和触觉反馈。

折返

通常，控制模块100中的控制电路400可以配置的以减少工具10的最大功率输出能力以使得产生“折返”情形。操作者既可听出也可感觉到这种情形为电动工具10的性能的“变弱”。操作者可被提示后退并避免即将发生的错误状况(也就是，欠压、过热、过电流，等)。

例如，折返可基于电机温度超过给定设定点或阈值而执行。在达到错误状况(温度上限、设定点或阈值)时，微控制器430发出控制信号经由控制输入线418以与温度增加成比例地减小三端双向可控硅开关元件420触发的导通角。当温度升高超过阈值或设定点时，该较小的导通角被保持以降低施加到工具电机15的电机电压。

在该特定例子中，折返意在保护电机15并且当工具10太热时通知用户。如果温度继续增加，电机电压继续降低直到要么电机电压变为0或者达到最小电压并且电压不再随着温度升高而降低。通过折返电机电压，温度将开始降低到低于阈值或设定点，在阈值或设定点之下电机电压可再次增加。折返功能可得以保持直到温度已经降低到设定点之下，或者温度不再降低，或者已经达到低的工具速度设定。

折返可由微控制器430应用作为对于触犯除温度之外的输入的保护动作。可应用折返以降低力矩或辅助用户失控(例如，工具关于刀具或附件转动)。

图9是示出线缆AC电动工具中的电机电压的折返的例子的图表。最初，当系统的给定测量参数(电压、电流、温度、力矩等)低于某些系数阈值时，三端双向可控硅开关元件420完全导通(A点)地触发。随着参数增加到该阈值之上，导通角开始下降(从A点到B点)。如果正在测量的参数继续进一步增加到阈值之上，那么导通角将继续降低(从B点到C点)。该过程将继续直到达到一些设定最小导通角的任一(例如为30度)。该最小导通角保持不变直到所测量的参数降低。或者，模块100可配置的以在达到该设定最小导通角后关闭工具10。如果三端双向可控硅开关元件420在C点触发并且测量参数开始降低，那么导通角将从C点增加回到B点。随着测量参数继续降低到阈值之下，导通角将继续从B点增加返回到A点的完全导通。

力矩控制

控制模块100可配置的以为工具电机提供力矩控制。例如，力矩控制可在某种程度上类似于速度控制。基于一个周期接一个周期，微处理器432读取分路440的当前值并将其与参考电压比较以便确定反应当前值的代表性电压。代表性电压值，当其与一个或多个值比较，其可存储在存储器434或436中的适合的查询表中或者用硬编码等式确定以便确定力矩值。然后，计算或查询力矩值可与力矩设定点比较。如果计算力矩值超过力矩设定点，那么微处理器432通过降低输出电压调节力矩。这可例如使用折返完成。在一例子中，微处理器432可改变三端双向可控硅开关元件420触发的导通角，其改变电机电压以降低力矩值到力矩设定点之下。

电机温度估计

图10A是电机温度估计算法的概略图。该例子使用平均电流作为输入，但是其它测量例如RMS电流、峰值电流、晶体管或热电偶的温度或者速度可用作电机温度估计功能的输入。

算法基于电机的温度是与RMS电流平方乘以电阻成正比的原理。假定工具电机15中电阻为常数，估计温度可通过精确测量随着时间的电流而完成。最初，n个电流采样由微处理器432以特定间隔或时间增量M(n和M可根据每一工具10而变化)进行一段时间以确定平均电流，该电流在1002被平方。该电流的平方值可由整数参数A表示。平方电流术语A表示在给定时间段P结束到未来电机温度将会是什么样的估计(那里P比增量M大得多)，假定电流保持常数。

术语A将与温度寄存器值B(在1004示出输入)比较。B是表示在电机温度在当前点的实时估计的波动值，其以每次增量M地更新。例如，温度寄存器值B＝0表明电机温度是在环境温度(也就是室温)，而温度寄存器值B＝1300可代表130度的电机温度C。每一个参数A和B都是整数值。

在1006，A和B之间的差表示在当前时刻估计温度和时间期间P已经过去后电机15温度的估计值之间存在有多大差异。在1008，该差C(一整数值，其可称作预比例调节C)除以标量E(也为整数值)。标量E可理解为改变温度寄存器对电流变化的响应速度的可变标量调节，并可认为是电机15的时间常数。因为每一电机具有不同时间常数E，所以该值可随着工具而变化。C/E的结果代表电机15的温度调节值F。该温度调节值F表示温度在时间增量M中增加或者降低的程度。

在1010，F(带正负号的值)然后加入到温度寄存器值B或者从其中减去以产生新的温度寄存器值H以在下一迭代1012中使用。如果电流保持不变，随着时间推进P，H的值将对应或者等于A的值，以使得新的估计电机温度接近或者实质上等于在时间期间P结束时电机温度将是多少的估计。

这样，由A反映的电流测量(也就是，基于那段时间增量内的平均电流的常数平方，电机温度在时间期间P结束时将是多少的估计)和温度寄存器值B之间差的越大，在计算后温度寄存器值B的增加或减少必须越大。如果整数值A和B相等，那么这表示电机温度没有变化。这样，温度寄存器值B总是期望等于电流随时间的平方(也就是A)，并且将根据需要随着时间增加/减少以保持这种关系。在时间中的任何点，查看温度寄存器值B将给出电机温度在那给定时刻是多少的比例估计。

作为例子，如果平均电流随着间隔M从5安培增加到20安培(其增加参数A，因为其是电流平方的函数)，温度寄存器值B将增加得非常快，表示电机温度急剧增加，因为电流已经显著增加。如果平均电流然后从20安培下降到10安培(A下降)，随着时间温度寄存器值B将降低，意味着电机温度的降低。

下面的等式示出图10A的参数A、B、C、D、E和H的计算。在完美或理想的系统中，电流平方乘以电阻给出温度。但是，在实际系统中，其它因素例如风扇速度、电机速度以及电流是怎样测量的将影响系统的输出。在下面的等式中，参数A用术语FinalAverage_n表示；并表示电机随着时间(也就是，在该例子中在给定时间段P)将到达的估计温度。寄存器值B由术语TempReg_[n-1]表示，并且随着时间间隔M大量电流测量确定的刷新或新的温度寄存器值表示为TempReg_n。

为了调节这些系统参数，估计电机温度的等式可以稍微修改。例如，在计算参数A(平均电流的平方的函数)中，电压补偿项或者称为Vfactor的乘子被加入以适合230V工具以及120V工具。因为230V工具经受的平均电流是120V工具经受的大致一半，所以系统需要乘子因子以正确操作。乘子Vfactor可对于120V工具设置为“1”，对于230V工具设置为“2”。

存在一个与风扇速度相关的电流水平阈值(在此称作“中间点阈值”)。在特定电流水平，从系统中通过电动工具10中的风扇去除的热量随着风扇速度降低而减少。加入一因子以补偿这种由于降低的风扇速度所致的热量去除的损失。A的计算值(FinalAverage_n)取决于平均电流是在中间点阈值之上还是之下而不同。如果平均电流在中间点阈值之上，加入下面的因子(Iavg_n-Midpt)²，其仅仅是计算平均电流的平方减去阈值电流值Midpt。该因子将致使在中间点之上的电流比在中间点之下的电流导致更高的估计温度。温度增加的量与在中间点之上的电流增加的量直接成比例。

再者，可加入一变量以补偿较低电机速度。这可由表达式(MaxDial-DialSetpoint)*SpdFactor反映。参数MaxDial是由微处理器432读取的A/D读数，其对应设定在变速拨盘270上的最大值，并且参数DialSetpont是对应设定在变速拨盘270上的实际速度的A/D读数。如果这些相等，则该速度补偿变量为0。参数SpdFactor是随着工具变化的常数系数，并且当表盘设定是设定在速度而不是最大设定时提供补偿。

当采取平均电流测量时，上面的电机速度补偿是必需的，因为三端双向可控硅开关元件420的导通角影响平均电流测量的精度。在较低的导通(较低速度)，平均电流测量并不如同在全导通角(全速)一样精确，所以测量必须被补偿。这流程取决于使用哪一种测量方案而变化。当使用平均电流时，所有的补偿因子都被使用。如果使用RMS电流，则并不需要那么多的补偿因子。如果使用晶体管或热电偶，则不需要任何补偿因子。

相应地，A-FinalAverage的值，其是由微控制器430以特定间隔在时间段M进行n次电流测量以得到最终的平均电流而计算的，可由下面的两个数学等式之一计算，取决于平均电流是在中间点阈值之上还是之下。等式(1)是平均电流在阈值水平之下的情形，等式(2)是平均电流等于或高于风扇损失必须被补偿(Iavgn-Midpt)²的电流水平的情形。

$\underset{16-\mathrm{bit}\max }{\mathrm{FinalAverage}}=\underset{n=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{[\left({\left(\frac{{\mathrm{Iavg}}_n*\mathrm{Vactor}}{\underset{16-\mathrm{bit}\max }{4}}\right)}^2\right)+(\mathrm{MaxDial}-\mathrm{DialSetpoint})*\mathrm{SpdFactor}]}^2---\left(1\right)$

$\underset{16-\mathrm{bit}\max }{\mathrm{FinalAverage}}=\underset{n=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{[{\left(\frac{{\mathrm{Iavg}}_n*\mathrm{Vfactor}}{\underset{16-\mathrm{bit}\max }{4}}\right)}^2+{\left(\underset{255\mathrm{bit\; lim\; it}}{{\mathrm{Iavg}}_n-\mathrm{Midpt}}\right)}^2(\mathrm{MaxDial}-\mathrm{DialSetpoint})*\mathrm{SpdFactor}]}^2---\left(2\right)$

相应地，图10A中的H的计算反映在下面的等式(3)和(4)中。H的值是新的或改写的温度寄存器值，并且反映电机温度的更新估计。等式(3)和(4)反映图10A所示的参数B、C、E和F，实际上示出H＝B+F，其中F＝C/E且C＝A-B。这样，等式(3)和(4)中的术语如下。H＝B+(A-B)/E。等式(3)合并来自等式(1)的结果FinalAverage_n，其中平均电流是在中间点阈值之下，并且等式(4)合并等式(2)以计算FinalAverage(其中平均电流等于或高于中间点阈值)：

$\underset{16-\mathrm{bit}\max }{\mathrm{Temp\; Re}{g}_n}=\mathrm{Temp}{\mathrm{Re\; g}}_{[n-1]}+\frac{({\mathrm{FinalAvg}}_n-\mathrm{Temp\; R}{\mathrm{e\; g}}_{[n-1]})}{\mathrm{Divisor}}---\left(3\right)$

$\underset{16-\mathrm{bit}\max }{\mathrm{Temp\; Re}{g}_n}=\mathrm{Temp}{\mathrm{Re\; g}}_{[n-1]}+\frac{({\mathrm{FinalAvg}}_n-\mathrm{Temp\; R}{\mathrm{e\; g}}_{[n-1]})}{{\left[\frac{({\mathrm{Iavg}}_n-\mathrm{Midpt})}{\underset{255\mathrm{lim\; it}}{\mathrm{HighCurDivisor}}}\right]}^2}---\left(4\right)$

每一个等式(3)和(4)的第二部分中的分子是图10A的参数C，其表示(A-B)或者在当前时刻我们的估计温度和在时间P之后电机将达到的温度之间的差异程度。标量E，其在等式(3)和(4)的每一个的第二部分中是分母项，其在等式(3)中为称作Divisor的常数系数，其与等式(4)中相比是不同的，等式(4)具有用以计算超过中间点阈值的测量平均电流的分母项(用以补偿风扇损失)，并除以称作HighCurDivisor的标量因子。这些标量Divisor和HighCurDivisor是补偿系数，其设置以改变为了待确定的温度H的新的估计所用的时间以使得其达到A。两个不同的除数被使用，因为在较高的电流，电机15的加热/冷却速率由于风扇速度的损失而改变。这样，在较低电流，Divisor标量被用于等式(3)，而对于较高电流，HighCurDivisor标量被用于等式(4)。

这样，标量E是可变标量调节，其改变温度寄存响应电流变化的速率。这可随着工具而改变。在这个例子中，冷却/加热曲线的形状将随着电流超过中间点而改变。C/E的结果(也就是，等式(3)和(4)的第二个整个商部分)表示电机15的温度调节值F。换句话说，C/E的结果表示温度在时间增量M中增加或者降低的程度。

图10B是示出如何确定电机在启动时的估计温度也就是在温度寄存器中的初始值B的流程图。一旦工具10掉电，微控制器430就丢失先前已经得知的记忆，除非信息是基于定期保存的。因此，应该有确定电机15在当工具10第一次上电时的温度是多少的方法。没有该确定，已经在重的负载下运行了一些时间的电机15可被关闭并再次快速打开，并且微控制器430将重置温度寄存器回到零，表明室温工具10。如果这发生，工具10将非常可能烧毁。

为了防止工具烧毁的潜在可能，提供一在1014开始的程序。每次微控制器430更新温度寄存器值B或微控制器430温度的电热调节器(也就是，传感器410)测量时，这些值存储在非挥发存储器(RAM434)中。启动时，就在最后工具关掉之前存储的最近的温度寄存器值和微控制器430温度的传感器410值被检索(1014)以得到刚好在最后断电之前的电机15的状态的情况。时间延迟被加入(1016)以获得在工具上电时估计电机温度和控制器温度的测量。在预定义的延迟后启动时(1016)，微控制器430的板上温度传感器(410)被读取以估计与电机温度相关的控制器温度，也就是，如果微控制器430温度是实质上高的，那么可假定电机15温度也是高的，只要微控制器430的温度时间常数并不比电机15的温度常数高很多。

在该延迟后，微处理器432测量该控制器温度，不用传感器410，并确定4种状态的一种：(1)微控制器430处于室温，(2)微控制器430没有改变温度，(3)微控制器430是温暖的，和(4)微控制器430是热的。这些状态通过比较当前温度数据和最后保存的数据而确定。

如果确定温度从上一次上电开始并没有改变(1018的输出是NO，模块100不是第一个给电)，并且传感器410值大于室温(1022的输出为NO)，但是在先前温度的限定边缘内，也就是接近启动温度(小于差的12％，1026的输出为YES)，温度寄存器中的旧的值B(也就是等式(3)或(4)中的TempReg_[n-1])被恢复(1024)以表明电机温度没有改变(1024，1026)。如果从传感器410确定当模块100第一次给电时微控制器430温度小于室温，那么温度寄存器中的B的值重置回到零(1022)，表明室温或环境温度(1020)，也就是冷的电动电动工具10。

如果微控制器430确定为温暖的(1030输出是NO)或热的(1030输出是热的)，温度寄存器值B的新的值在步骤1028或1032从非挥发存储器例如EEPROM(ROM436)中预装载。在一例子中，温暖的微控制器430可为80℃，热的微控制器430(因此热的工具10)可为150℃。在温度寄存器中具有相同的B值或者改写的B值，电机温度估计功能如上所述地关于图10A完成。

或者，确定在上电时工具是冷的、温暖的还是热的以便确定初始温度寄存器值B的另一方法是测量模块100或工具10中的三端双向可控硅开关元件420或者其它电气装置的门电压。有源装置的温度可通过其结电压确定。这些装置可包括三端双向可控硅开关元件、晶体管、二极管或其它包含PN或NP极的硅装置。因此，电子模块100或微控制器430温度可得以估计，而不使用额外的传感器410例如热电偶。三端双向可控硅开关元件420的门驱动晶体管的结可用于确定温度而不是使用电热调节器410。这可通过下面的关系解释。

结的温度与电压关系可由如下所示的等式(5)限定

V_r(T₁)-V_r(T₀)＝k_T(T₁-T₀)            等式(5)

其中：

T₀＝25℃

T₁＝结温度(℃)

V_r(T₀)＝在25℃结电压

V_r(T₁)＝在T₁结电压

k_T＝结的温度系数

对于上面示例性值是：

T₀＝25℃

T₁＝？(℃)

V_r(T₀)＝0.7V

V_r(T₁)＝0.65V

k_T＝-2.0mV/℃

变换等式(5)以求解T₁装置温度，得到：

$\frac{V_r\left(T_1\right)-V_r\left(T_0\right)}{k_T}+T_0=T_1$     T₁＝50℃

实际值可取决于模块100的电路400内所用的装置而变化。相应地，确定在上电过程中作为温度估计算法的输入的工具是冷的、温暖的还是热的潜在益处是检测已经存在的部件例如在三端双向可控硅开关元件420的门驱动处晶体管的电压，以便估计或确定在启动时模块100温度/控制器430温度。相应地，模块100或微控制器430温度可得以估计，而无需使用额外的传感器410例如电热调节器。

与直接放置电热调节器或热电偶在电机15上相比，采用模块100中的电机温度估计程序可降低成本并提供使用的容易性。所述方法不需要额外的传感器或缆线而完成，因为所有需要的信号和周边设备是直接构建在模块100中。放置热电偶、电热调节器或在电机15上或周围的缆线的任务并不容易完成，并且存在缆线熔化或短路在一起的风险。上面的算法提供低廉、有效和容易的方法来估计电机温度，而不需要物理地接近电机15。

此外，由如图10A所述的电机温度估计算法所确定的估计电机温度可用作微控制器430的输入以使得触发报警类型的保护机制，例如通过触觉反馈、电机折返等。当电机温度开始紧紧地接近电机过载情形，例如高温度设定点时，用户可避免达到过载状态(由于达到过热极限)，因为微控制器430通过三端双向可控硅开关元件420导通角的控制启动触觉反馈或折返，或者启动折返与作为报警(也就是，工具电机正接近过热极限)的LED照亮的结合，或启动触觉反馈与作为报警的工具壳体18上的LED照亮的结合。因此，电机温度算法可应用以在不同点实时估计电机温度以尽力避免或检测即将发生的电机过载情形。

图11是对于配置有示例性控制模块100的120V小型角磨机比较由图10A的算法计算得到的估计电机温度与实际测量电机定子温度的图表。描绘的数据评估电机温度算法估计与实际电机温度。从图11可看出，产生描绘结果的试验测试电机负载的增加或减少，并打开/关闭工具电机以尽力经历电机温度算法的所有方面。算法实质上导致模拟实际测量电机温度，最坏的情况是在任何一个数据点的差异为约13度。

图12是控制模块100中系数输入、控制和保护方法之间和/或集中表示为图12的中间列中的功能的用户输入和来自这些功能的在右边列的系数输出的关系的概略图。在右边列中，输出系数ALC指上述的突破力矩以允许电动工具的用户完成给定工作以使得电机不被烧毁或完全停转。

图12是用以演示单一的总体控制模块100可如何通过非挥发存储器例如EEPROM或闪存被再编程以符合多种不同工具的需求。

目前所讨论的保护或控制功能，例如电机温度估计算法、过载控制(绝对和Di/Dt离合器模式)、触觉反馈等，可通过这种永久性记忆存储器使能或禁用。此外，系数输入和输出可对于每一使能控制或保护方法基于特定软编程系数是否存储在非挥发存储器例如EEPROM或闪存中而改变。

图12在左边示出示例性系数输入，其可输入到某些功能。如所示，这些功能可包括EOC功能、如上所述的力矩极限功能、电机过载功能(其可包括图10A-B中的电机温度估计算法)。功能还可包括可与改变固件相对地全部通过改变非挥发存储器中的这些软编码系数而配置为模拟、数字、有源高或有源低的输入。

对于不同的功能可设置不同的输入和输出，并且不同的功能可在控制模块100中被使能或禁用。例如，对于EOC可在给定的线缆电动工具中设置绝对离合器模式，其使用电流作为输入，如果阈值被超出，用功能的输出关掉工具。不同工具可具有Di/Dt离合器模式，通过使用速度作为功能的输入并且如果超出阈值打开LED作为功能的输出而设置。这样，在内部具有相同总体控制模块100的两个单独的工具可配置为具有不同的功能，其采样不同参数并输出不同结果(也就是，基于不同输出系数的不同保护动作)。

非挥发存储器(其可为RAM434、闪存或者如果可变ROM436配置为EEPROM则为EEPROM)中的软编码系数提供改变模块100如何与工具10相互作用而无需改变微控制器430内部的固件或基本码的能力。通过仅仅变化微控制器430的非挥发存储器，工具性能可得以改变，而在此之前这是不可能的。

图14是在控制模块100中的电子部件设置的方块图。图14的部件的一个或多个可集成有开关。在此及后所述的电子部件可以安置为控制电路1400部分在控制模块中的PCB140上。控制模块100的控制电路1400包括用以存储在各个控制功能或算法的执行过程中使用的一个或多个软编码功能系数的存储器1434、1436。因为给定软编码功能系数可以根据特定工具应用而为特定的，所以控制模块100可以适于控制多种电机和/或多种不同电机应用(例如不同电动工具)的操作。

软编码系数可以理解为包括到给定功能或算法的系数输入以由控制模块100执行，并可包括可以为特定工具或工具应用而改变或变化的功能系数。软编码系数还包括与作为执行控制模块100中的给定功能或算法的结果由控制模块100采用的控制和/或保护动作相关的系数输出。到给定功能的系数输入或从给定功能的系数输出可以根据需要根据给定应用改变或连接。

控制模块100可连接到AC电源(AC电源1407)和电机电枢20以及工具电机定子30。在一例子中，工具电机电枢20和工具电机定子30可包括AC电机15。控制模块100包括在那里的控制电路1400。控制电路1400确定电机控制开关1402的位置，并且当施加AC电源时基于电机控制开关1402的位置控制控制模块100是否提供电能到电机电枢20和电机定子30。

控制电路1400包括提供电能给编程以控制某些操作和/或指向模块100中的某些功能或保护动作的微控制器1430。电源1405可供给例如5V的VCC。供给电压监视器1415监视VCC并提供检测输入到微控制器1430。

微控制器1430可通过提供门触发信号经由线1418到三端双向可控硅开关元件1420而控制三端双向可控硅开关元件1420。尽管示出为三端双向可控硅开关元件1420，但是这种类型的电子阀可实施为场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、硅控整流器(SCR)和电压控制装置等之任一。通常，控制模块100通过以定期性间隔与AC电流或电压波形的过零有关的转变给电机的AC供给电压1407，经由微控制器1430和经由线1418施加到三端双向可控硅开关元件1420的门触发信号而控制电机15的操作。这些定期性间隔被致使与AC波形(也就是，来自AC电源1407的AC供给信号输入)同步发生，并通过导通角测量，表示为大量的角度。

导通角确定AC波形中三端双向可控硅开关元件1420触发的点，既为正半周期也为负半周期，从而传递电能到电机15。例如，每半周期180°的导通角对应完全导通的情形，其中三端双向可控硅开关元件1420被触发以使得来自AC电源1407的整个不受干扰的交变电流施加到电机15，也就是，三端双向可控硅开关元件1420被触发以使得对于AC输入信号的每一正和负半周期电流流经三端双向可控硅开关元件1420。类似地，90°导通角对应形成开始于给定半周期的中间的通过电机15的AC供给电压，这样三端双向可控硅开关元件1420被触发以使得可用能量的约一半传递到电机。90°之下的导通角对应在给定后半周期触发三端双向可控硅开关元件1420以使得甚至更少数量的能量被传递到电机15。

在一例子中，三端双向可控硅开关元件1420可为单一隔离的三端双向可控硅开关元件，那里隔离是在部件的内部。更具体地，电机电枢20和包括电机15的电机定子30的操作是由控制模块100内部的控制电路1400控制。为了控制电机电枢20和电机定子30的操作，微控制器1430通过三端双向可控硅开关元件1420的电子周期控制流经电机电枢20和电机定子30的电流或施加到电机电枢20和电机定子30的电压，或者二者。在一个例子中，控制电路1400可基于可存储在查询表中的软编码系数或者从控制等式或控制方法基于测量因素或参数例如电压、速度、电流、力矩、其它外部电子输入(1456a、1458a等)或者上面的任何组合确定何时打开和关闭三端双向可控硅开关元件1420。三端双向可控硅开关元件1420是一种类型的控制开关装置，其不能为“断开的”或由控制电路1400关闭。但是，其它装置例如FET、IGBT等可以关闭。三端双向可控硅开关元件1420的关闭是由AC和电机15决定的，其致使电流减小到零从而允许三端双向可控硅开关元件1420在每一个AC半周期关闭。这并不减小与在此称为方法相关的三端双向可控硅开关元件1420的控制能力。

当电机控制开关1420是置于闭合(也就是“接通”)位置时，控制模块100控制电机15的操作，从而允许电流流过。控制电路1400的功能是监视电机控制开关1402的位置并防止如果电源施加到电机15而电机控制开关1402处在闭合(也就是“接通”)的位置时电机15启动。

微控制器1430可包括一个或多个记忆元件。例如，微控制器1430可包括编程ROM1436(可变ROM)例如闪存、CPU内核例如1432、板上外围设备和挥发存储器例如在单一芯片结构上的RAM1434或SRAM。挥发存储器的例子包括RAM(DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等)。非挥发存储器例如电可擦除只读存储器(EEPROM)和闪存允许整个ROM(或者ROM的选择区)得以电擦除(闪回零)然后写入。

在一例子中，微控制器1430可为ATMEL AVR

8位RISC微控制器之一，例如具有8K字节的自编程闪编程存储器(EEPROM)的ATmega8闪微控制器。在在此及后所述的例子中，ROM1436可以是指非挥发存储器例如闪存EEPROM或仅仅是EEPROM436。

但是，控制模块100的智能控制并不限于示例性微控制器1430。例如，智能控制装置可在硬件和/或软件中实施为另一微控制器、模拟电路、数字信号处理器或通过一种或多种数字IC例如特定用途集成电路(ASIC)。

具有工具电机15(电机电枢20和电机定子30)的控制电路1400与电机控制开关1402、三端双向可控硅开关元件1420和电源的火线侧和中性(公共)侧之间的分流电阻1440串联。在图14中，工具电机15的一侧连接到电源，例如经由电力线缆21(图1)通过电机控制开关1402连接到AC电源1407的火线侧。工具电机15的另一侧通过三端双向可控硅开关元件1420、分流电阻1440和电力线缆21连接到AC电源1407的中性侧1408。

分流电阻1440可实施为模拟电流传感器，其检测通过三端双向可控硅开关元件1420和电机15的电流并提供代表性低电压信号，其在放大器1445放大。放大器1445具有连接到分流电阻1440的一侧的第一输入和连接到分流电阻1440的另一侧的第二输入。在一例子中，放大器1445可被偏压(也就是，偏压电压可施加到输入以转变放大器输出)。放大器1445的输出可连接到微控制器1430的给定端口。分流电阻1440仅仅是电流传感器的一个例子，例如，交变电流传感器包括电流变压器、数字传感器、霍尔效应传感器等。

微控制器1430可包括模数转换器(ADC)1433。ADC1433可实施为微处理器1432的电路部分并转变从各个传感器或源接收到的模拟信号为数字信号以便微处理器1432处理。如所示，示例性模拟输入包括来自放大器1445、监视器1415和1425、电源1405和温度传感器1410的输入。这些输入可在ADC中被转变为数字表示，如已知的微处理器1432的处理。由1451/1452形成的RC滤波器的输出是到微控制器1430的数字输入，其是来自电压监视器1427的输入。线1456和1458代表从微控制器1430的数字输出，线1456a和1458a可以是数字输入、模拟输入或者甚至数字输出。微控制器1430输出数字门触发信号(控制信号)经由线1418来控制三端双向可控硅开关元件1420的触发。

控制电路1400还包括由二极管1455和1457箝位的电压修整电路1450并包括由电阻1451和电容器1452构成的RC滤波器。所得到的信号输入1460，其是电压修整电路1450的输出，由微控制器1430利用以实时检测理论上的理想的正弦AC电压信号(从AC电源1407的AC供给)穿过零轴并从正电压变为负电压或从负电压变为正电压的点。该点用于控制模块100的微控制器1430内部的定时和同步目的。

箝位二极管1455和1457保护微控制器1430如果AC源电压中发生电压尖峰其不受损坏。在一例子中，电压修整电路1450的所有或部分可包括在控制电路1400中或微控制器1430内。在一个例子中，箝位二极管1455和1457是在微控制器1430的内部。

控制电路1400可包括一个或多个温度传感器1410，其用以检测温度并输入所检测到的信号经由端口到微控制器1430。为了清楚仅示出了一个传感器1410。温度传感器1410可实施为例如NTC或PTC晶体管、温度检测IC或热电偶。温度传感器1410可通信控制模块100的温度或者特定部件例如三端双向可控硅开关元件1420或微控制器1430的温度。因为这种温度传感器1410的功能是已知的，所以省略其功能操作的详细解释以便简洁。多个温度传感器1410可根据需要可放置在模块100中的指定位置。

此外，控制电路1400包括用于监视三端双向可控硅开关元件1420的两个电压监视器，一个是用于监视三端双向可控硅开关元件1420的门电压以确定在施加到三端双向可控硅开关元件1420的AC波形的负AC半周期期间三端双向可控硅开关元件1420是否导通的门电压监视电路(监视器1425)，和一个是用以监视三端双向可控硅开关元件电压以确定在正AC半周期期间三端双向可控硅开关元件1420是否导通的正VAC半周期监视电路(监视器1427)。

三端双向可控硅开关元件门电压监视器1425包括用以既监视正AC半周期又监视负AC半周期的电路，但是微控制器1430中的软件由于ADC1433中执行的测量功能在正半周期并不利用门电压监视器1425。相应地，两个监视器1425、1427都被使用，因为微控制器1430在三端双向可控硅开关元件1420/电机电流测量期间不能使用门电压监视器1425，其在正半周期是完全利用ADC1433。在AC周期的负半波期间，监视器1427检测不到电压，其输入数字信号到微控制器1430。此外，两个监视器1425、1427均用于检测三端双向可控硅开关元件1420在触发后是否导通，其将在下面进一步详细描述。

通常，图14的控制电路1400用于使得控制模块100能为工具电机15提供控制。相应地，由于控制模块100的总体结构和电子电路已经进行了描述，下面更加详细地讨论示例性控制方法。

三端双向可控硅开关元件导通检测

在传统的模拟三端双向可控硅开关元件AC电机控制中，需要再触发三端双向可控硅开关元件1420以确保如果在特定AC半周期期间到工具电机的电流暂时到零(要么由于电供给系统中的错误事件(例如来自AC电源1407的AC供给上的电压扰动)，要么由于短时的电机换向器干扰电流)三端双向可控硅开关元件1420回到打开。如果电机(例如电机15)是典型的具有换向器的通用电机，那里电机电流在交换过程中可迅速衰减到零，或者如果电刷跳离换向器，这种情形可频繁发生。

用以确定三端双向可控硅开关元件1420在触发后是否已经关闭的传统的模拟AC电机控制系统仅仅监视三端双向可控硅开关元件门电压以确定三端双向可控硅开关元件是“开”还是“关”(也就是，当电压为正和在一些阈值之上时“开”，还是为负和在阈值之下)。但是，在传统的数字系统中，那里电源是有限的(如同控制电路1400的情形)，典型地不可能整个AC周期监视三端双向可控硅开关元件门电压。例如，在正AC半周期过程中，需要测量三端双向可控硅开关元件AC电流，结果，用于确定三端双向可控硅开关元件是否已经再触发的门电压不能由相同的模数转换器(ADC)例如ADC1433测量。在负AC半周期期间，三端双向可控硅开关元件门电压可由相同的ADC监视，因为电流是负的并且不需要被测量(也就是，假定为与正半周期相同)。因此，可能仅在负AC半周期中进行三端双向可控硅开关元件导通检测。

相应地，在示例性实施例中，三端双向可控硅开关元件导通检测算法可由微控制器1430的微处理器1432完成，其中三端双向可控硅开关元件导通检测可在AC波形的两个半周期中进行。通常，方法检查每一个AC半周期三端双向可控硅开关元件1420在其已经根据给定控制算法触发后是否导通。算法比较两个电压监视电路1425和1427进行的三端双向可控硅开关元件电压/门电压的实际采样与期望状态以在AC供给信号的每一个半周期确定三端双向可控硅开关元件1420开/关。

三端双向可控硅开关元件门电压监视器1425监视负AC半周期和正VAC1/2周期，电压监视器1427监视三端双向可控硅开关元件电压的正AC半周期。通常，在表明半周期开始的过零之后，并且在给定延迟已经过去(延迟被提供以等待已知的给定控制算法在给定的AC半周期触发三端双向可控硅开关元件1420)之后，如果基于采样电压值确定三端双向可控硅开关元件1420在其已经触发后没有导通，则控制模块100试图再次触发三端双向可控硅开关元件1420。这种检查可以以给定间隔重复数次直到一些最小导通点，也就是，例如直到30度的导通角被超过—在AC波形的正和负半周期二者。该点代表180度半正弦波周期中的后30度。

如果确定达到最小导通点时三端双向可控硅开关元件1420并未导通，则三端双向可控硅开关元件1420对于剩余的半周期没有触发或再次触发。通过检查直到最小导通点三端双向可控硅开关元件1420是否触发，三端双向可控硅开关元件1420要么由于一些错误状况而失效或者如果其没有触发则三端双向可控硅开关元件1420是断开的。

如果观察到连续数量的AC线周期，那里三端双向可控硅开关元件1420已经未能导通，那么开关1420被认为是断开的。这使能检测断开的开关1420而不需要电流测量电路的能力。

图15是用以示出检测三端双向可控硅开关元件1420在三端双向可控硅开关元件1420初始触发后在控制模块100中是否需要由给定的控制方法再次触发的流程图。在控制模块100中完成的典型的控制方法需要给定导通角，其为AC波形的正和负半周期都设定触发角度为一致的或平衡的。但是，某些方法可致使正和负触发角度彼此不同并彼此变化，但是其仍给出两个极性中的平均相等触发。

参照图15，在第一个半周期，其在这个例子中是在AC波形的负-正过零变化并且因此在正AC半周期中检测时(1510)，在延迟已经过去(1515)以等待微控制器1430中的已知的给定控制算法在半周期中触发三端双向可控硅开关元件1420之后，通过使用正CAC1/2周期电压监视器1427，检查通过三端双向可控硅开关元件1420的电压(1520)以便触发。如果监视器1427检测到通过三端双向可控硅开关元件1420的电压(1530的输出为“YES”)，这在微控制器1430中产生逻辑高信号，其表示三端双向可控硅开关元件1420是OFF，并且微控制器1430将通过发出门触发信号通过线1418试图再次触发三端双向可控硅开关元件1420以保持导通(在1540)。如果1530的输出是“NO”，这表明三端双向可控硅开关元件1420是ON并且导通(在1545)，从而在微控制器1430中产生逻辑低。

要么在再次触发三端双向可控硅开关元件1420之后，要么如果确定三端双向可控硅开关元件1420是ON并导通，在1520重复相同的检查，也就是，如果最小导通点还没有达到(1550的输出为“NO”)，1427以固定的规则的间隔重复采样通过三端双向可控硅开关元件1420的电压。在一例子中，监视器1427可在三端双向可控硅开关元件1420已经触发之后每9度地重复采样通过三端双向可控硅开关元件的电压直到最小导通点过去。

如上所述，如果最小导通点已经达到(1550的输出为“YES”)，没有对三端双向可控硅开关元件1420的状态作出变化，三端双向可控硅开关元件1420保持在其当前的ON或OFF状态(1555)直到微处理器1432检测到下一过零变化。类似地，如果三端双向可控硅开关元件1420在最小导通点已经达到或超过后仍然为OFF，则其在剩余的半周期保持为关直到已经检测到到相对半周期的下一过零变换。相应地，上面的执行可提供简单的逻辑输入到数字系统(微控制器1430)，其可容易和快速地确定在正AC半周期期间三端双向可控硅开关元件1420的“开/关”状态，而不需要可用于测量三端双向可控硅开关元件1420电流的ADC1433源。

在负半周期期间，如果三端双向可控硅开关元件1420为ON三端双向可控硅开关元件门电压将为负，结果，对于微控制器1430中ADC133，模拟电压被电平移动以使得0V(在门处)变为约1.8V。这是这样ADC1433可测量负门电压。因此，三端双向可控硅开关元件1420ON给出比阈值更低的模拟电压，并且三端双向可控硅开关元件OFF对应比阈值更高的模拟电压，其在一例子中可以为约1.0V。

相应地，一旦微控制器1430已经检测到第二或下一过零变换(图15中在1560)，其在这个例子中是检测到AC波形的正-负过零变换时，并且在1562处的设定延迟过去时，三端双向可控硅开关元件1420导通检测在负AC半周期中评估。通常，三端双向可控硅开关元件门电压由门电压监视器1425采样(在1565)，并在1570与一些阈值比较(例如标称模拟电压值)以确定三端双向可控硅开关元件1420是ON还是OFF。在一例子中，三端双向可控硅开关元件1420是OFF并且如果测量电压高于这个阈值(例如，标称模拟电压值，1570的输出为“YES”)，其将被微控制器1430再次触发(在1575)，或者确定为ON并导通(在1580)，因为在负半周期三端双向可控硅开关元件1420ON给出低于阈值的模拟电压。

如上所述，微控制器1430将通过以规则的间隔检查而继续试图确保三端双向可控硅开关元件1420从其被触发的时刻直到达到最小导通点(1585的输出为“YES”)保持在开状态(1585的输出为“NO”)，在此之后三端双向可控硅开关元件1420的触发对于剩余的半周期不再关键。三端双向可控硅开关元件1420保持在其当前状态(在1590)，并且在下面的过零检查时重复1510的步骤。

相应地，三端双向可控硅开关元件1420“开/关”确定可在三端双向可控硅开关元件的两个半周期中通过使用门电压监视器1425和/或正VAC1/2周期电压监视器1427完成。一旦三端双向可控硅开关元件的“开/关”状态被确定，要么基于逻辑要么基于三端双向可控硅开关元件1420的电压值(取决于被监视的半周期)，三端双向可控硅开关元件1420要么根据需要对于剩余的AC半周期试图再次建立三端双向可控硅开关元件1420的导通而再次触发，要么对于半周期的期间通过接下来的检查保持ON。再次触发典型地限制到给定数量的尝试并且一旦在任何给定180度半周期中达到最小导通点(例如，非常小的电压施加到电机15以导致任何可见的力矩或转动的点，例如30度导通角)就停止。

算法的另一功能是确保一旦从以前的AC半周期的导通已经停止，三端双向可控硅开关元件1420就再次触发。该延伸的导通间隔对于那里电流可明显的滞后于电压的电机负载是典型的，结果，来自示例性负AC半周期的电流将在三端双向可控硅开关元件1420实际转变为“关”之前继续进入正AC半周期。

因此，三端双向可控硅开关元件1420的触发将不会开始直到三端双向可控硅开关元件1420已经从以前的AC半周期转为OFF。该关闭点可通过监视三端双向可控硅开关元件电流、来自监视器1425的三端双向可控硅开关元件门电压和/或来自监视器1427的三端双向可控硅开关元件电压而确定以建立三端双向可控硅开关元件1420何时已经实际关闭。

过零检测

在一个例子中，控制模块100的控制电路1400可以配置的以完成过零检测方法以为三端双向可控硅开关元件1420建立可靠的相角控制(也称作触发角度控制或导通角控制)。过零检测使得AC供给(其是从AC电源1407到电动工具10和控制模块100的输入AC电压信号)和控制模块100之间能够同步，以使得为正常的AC供给被AC工具控制自身和从AC电源1407在AC供给信号输入上的外部影响的一个或二者的情形提供期望水平的噪声抑制。这样，精确的过零检测使得能更加精确地为三端双向可控硅开关元件1420的期望触发角度控制更加精确地定时，同时提供噪声抑制的方法以在具有噪声的AC供给波形(例如，独立AC发生器)上建立过零点。

图16A是示出为完成过零检测的控制电路1400的过零检测电路部分的方块图；图16B是示出检测工具10的AC供给的过零的方法的流程图。如图16A所示，低通滤波器1450(见图14)可以可选择地与微控制器1430中的数字消隐电路1620结合以完成过零检测。在一例子中，数字消隐电路1620可为存储在EEPROM1436中并由微处理器1432完成的基于软件的算法。

但是，数字消隐电路1620可检测过零，而不需要经由RC滤波器1450的AC供给滤波输入。在这个例子中，AC供给在微控制器1430中被正常数字输入(未示出)数字化以产生数字信号。由于微控制器具有数字输入是熟知的，所以省略其详细描述。数字信号然后在微控制器1430中的基于软件的数字消隐电路1620中处理。数字消隐电路1620的功能性在微处理器1432的控制下被调用以消除不期望的噪声过零，其在下面参照图16B更加详细的描述。

低通滤波器1450仅仅是可用于过滤AC供给信号的滤波器的一个例子。或者，带通滤波器(BPF)或相位锁定环(PLL)可用于过滤来自AC电源1407的AC供给信号部分。在一例子中，LPF可过滤模拟AC电压信号以消除典型地代表发生在AC供给信号的过零附近的噪音的频率的超过80HZ的频率。

参照图16A和图16B，其示出应用可选择的滤波的例子，来自AC电源1407的AC供给信号的部分由LPF1450滤波以产生滤波模拟示出信号。模拟输出信号在微控制器1430中由微控制器1430的数字输入数字化以产生数字信号。该数字信号然后输入到基于软件的数字消隐(blanking)电路1620，其功能由微处理器1432迭代以消除不期望的噪音过零。如前所述，数字消隐电路1620是存储在存储器中的可由微处理器1432从EEPROM1436访问的基于软件的算法。

现参照图16B，为了完成过零检测，数字消隐功能性，在微处理器1432的控制下，接受由数字信号表示的第一过零转变为对于给定(或当前)AC半周期的有效地检测到的过零信号(1650)，然后忽略或拒绝对于特定消隐期间在数字信号中剩余的过零(1655)。例如，该消隐期间可基于AC供给的频率而变化。所有的过零都被拒绝直到该消隐期间已经过去。在消隐期间过去后(也就是，对于50Hz供给，在10毫秒的消隐期间已经过去之后)发生在下一相对极性转变的过零然后被接受(1660)为AC供给电压波形的那个半周期中的下一有效过零。

对于每一个给定AC半周期，这个过程被重复(1670)以使得仅有第一个AC零点穿越被用于每一个AC半周期。这个消隐期间(也就是上面例子中的对于50Hz为10毫秒)可以被减少以允许控制模块100在AC供给电压频率范围(也就是40Hz-70Hz)操作，结果，半周期消隐期间可减少到约6-8毫秒。例如，对于AC供给的给定半周期示例性消隐期间可以为6.125毫秒。

使用数字消隐，借助或无需滤波，可使得能在低成本系统中检测过零，同时提供稳健的过零信号，其对于噪声非常普通的AC电压供给例如便携发生器是抗干扰的。低通滤波器的其它用途可消除发生在AC供给信号的过零周围的大部分高频噪声。使用基于软件的数字消隐单元可消除其它“错误”过零，其可发生在整个AC供给半周期，由不一般的源例如便携发生器导致。

电流测量偏置校正

在AC电动工具例如工具10中，出于控制目的在控制模块100中需要精确电流测量。相应地，电流测量电路中的电压偏置应该被计算(也就是电流测量应该被校正)以确保精确的电流测量。在图14中，电流测量电路包括分路1440以将实际测量电流转变为代表电流的模拟低电压值以便测量。分路1440可以为低电阻值(例如5毫欧)，结果，来自分路1440的代表性电压(也就是每安培5毫伏)可需要被放大以允许数字控制器例如微控制器1430分辨并测量电流。这种放大是由放大器1445提供。

在工具10中，大到至少50A的峰值的电流将待测量；但是，这只可提供通过分路1440的小的低电压信号。在一例子中，代表测量电流的电压信号可以为约0.25V。典型的数字系统例如微控制器1430具有2.5V的模数转换器(ADC)，例如ADC1433，其将分辨约2.5毫伏的来自分路1440的电压信号输入(也就是10位分辨率)。因此，为了最大化ADC1433的分辨率，10的增益可通过使用分路1440和ADC1433之间的放大器1445而引入。

例如，放大器1445可以是运算放大器(op-amp)例如单一供电满摆幅放大器。放大器1445，如同所有放大器，可以被偏压，例如，可以具有在其输入施加的偏置电压或偏压电压。在一例子中，电阻部件可以用于调节在放大器1445输入处的实际分流电压，以使得输出得以偏压。与来自分路1440的0.25V输入信号相比，该偏置电压可以是显著的。

相应地，为了补偿该偏置电压，放大器1445可以以这种方式偏压以使得op-amp偏置，不管正的还是负的，在放大器1445的所有偏置情形下仍允许真实的零电流值被ADC1433从放大器1445的输出测量。例如，放大器1445的输入可以以这种方式偏压以使得随着零电流输入放大器1445的输出被设置为0V之上或者为“接地”，不管放大器是否偏置。

作为放大器1445偏压的结果，当真实的零电流情形存在时测量ADC值可是必需的以便确定施加到实际电流测量的也称作零电流偏置的补偿值。补偿值或零电流偏置是在没有电流—三端双向可控硅开关元件1420没有触发的情形中测量的ADC值。例如，这在控制模块100的制造过程中的功能测试程序中完成。

在该测试情形中，零电流是已知存在的并且ADC133的ADC值输出可以被测量并记录在EEPROM1436中作为表示放大器1445中的电压偏置的补偿值。通常，补偿值(也就是“偏置ADC值”或零电流偏压)在控制器中被从实际电流ADC值中减去以获得对于特定采样(由放大器1445和分路1440放大)的真实电流测量。更具体地，为了确定真实电流测量，例如给定半周期中通过三端双向可控硅开关元件1420的平均电流值，一旦微控制器1430检测到通过AC波形的趋向正过零，从分路1440/op-amp 1445的ADC采样在真个正电压半周期中重复采集，并在微控制器1430中加在一起。对于从ADC1433输出的每一个相续的ADC值，微控制器1430减去补偿值(零电流偏置)以获得对于那个ADC值的真实电流测量。在正AC半周期结束处(也就是，微控制器1430检测AC波形的趋向负的过零)，求和的值被平均(除以采样数)，并且在该点，结果与在AC半周期期间流过的平均AC电流成比例。以这种方式，来自放大器1445的任何放大器偏置得以从真实电流ADC测量中去除，而不管实际放大器1445偏置偏压与否。

放大器偏压的潜在益处是可以测量负电流。ADC1433通常集成到微控制器1430中。其使用与微控制器1430中的微处理器1432相同的Vcc(典型地，+5Vdc，但是可能为+3.0Vdc或任何其它电压)。因此，只有Vss(接地电势或0.0伏)和Vcc之间的电压可ADC1433测量。

典型地，通过分路1440的电压被放大以使得最大瞬时电流变为Vcc(并且Vcc是ADC1433的模拟参考)。这是通过调节放大器1445的放大系数而完成的。典型地，Vcc的电压由1433转变为满量程的数字值。对于10位的ADC，满量程是1023个计数的数字值，并且0.0伏转变值是零计数的数字值。

在第一例子中，64安培的峰值代表满量程ADC输出，零安培代表零ADC输出，或者零计数。然后，通过将电偏压加到放大器电路同时保持相同的放大系数，偏置零电流的放大值到Vcc/2变为可能，导致511或512ADC计数。

类似地，32安培的瞬时电流变为1023个计数，并且32安培的瞬时电流变为零个计数。在这个第二个例子中，64安培的值现为超过量程的并且将被减缩到数字值1023。施加到放大器的电偏压不需要与使得零电流等于Vcc/2的一样大。

在第三个例子中，让电偏压施加到放大器1445以使得零安培导致96ADC计数，而放大器1445的增益保持不变。这样小的负的AC电路可以得以测量，也就是，小到0计数的ADC值。在这个例子中，放大器偏压偏置放大器1445的输出以使得96 ADC计数等于0安培，假定每16个计数1安培，那么零ADC计数将代表-6安培，16ADC计数将代表-5安培，32ADC计数将代表-4安培，48ADC计数将代表-3安培，64ADC计数将代表-2安培，80ADC计数将代表-1安培，96ADC计数将代表0安培。满量程电流不再是64安培而是58安培。这提供修正AC电流测量并使得根据应用需要对于小的负电流或大的负的电流是允许的有用方法。

在模块100中，对于正AC电压半周期，可以测量正半周期电流。因为AC电流典型地滞后电压一小的量，所以在正AC电压半周期期间流过的一些电流是负的。因此，如上所述的放大器1445偏压允许这些小的负电流得以在正电压AC半周期开始时测量。如果在微控制器1430中负电流被倒转并认为正的，那么电流的整个AC半周期可实际上得以测量。这将在此及后更加详细地讨论。

电流校正

正确的电流校正对于三端双向可控硅开关元件1420的精确触发角度控制同样是必要的。电流校正从实践的立场到虑及具有宽范围的操作特性的分路、放大器、模拟参考和ADC都是必要的。电流测量的精度可由分路1440精度、在op-amp1445放大器增益和放大器偏压或偏置、ADC1433精度和ADC1433的电压参考(未示出)决定。

电流校正可以在测试相位期间(例如在控制模块100制造期间)进行以确定用于度量所有电流测量的ADC补偿值。在这种情形中，三端双向可控硅开关元件1420传导已知的和精确的电流，其是由分路1440检测，在op-amp1445放大并输入到ADC1433以确定ADC补偿值。

该ADC补偿值用于在测试相位期间计算电流校正因子(CCF)。例如，CCF等于128倍期望值除以测量值与零电流值的差。这样，对于0的零电流值，320的期望值，320的测量值，CCF为128。

CCF记录在微控制器1430的非挥发存储器中并用于微控制器1430实时的计算以从测量电流值计算实际电流值。例如，该CCF值存储在EEPROM1436中并被控制模块100的微控制器1430中的操作软件使用以度量所有的电流测量，以使得控制模块100的所有不精确性被校正出去。

在一例子中，CCF可以以这样的方式计算以使得分路1440电阻、放大器1445增益和ADC参考电压1433的值给出128的完美的电流校正因子值。如果分路1440的电阻低于标称值，那么CCF将大于128。如果分路1440的电阻高于标称值，那么CCF将小于128。类似地，如果放大器145的放大器增益低于标称值，那么CCF将大于128，并且如果高于标称值则小于128。

如果ADC参考电压低于标称值，那么ADC1433返回的值大于标称值并且CCF将低于128。如果ADC参考电压大于标称值，那么ADC1433返回的值低于标称值并且CCF将大于128。这样，为了进行测量电流值的修正，测量电流值被乘以CCF并除以128。

相应地，128的CCF变为因子为1的乘积。如果分路电阻是标称值的二分之一，那么CCF将是256。进一步假定在正常操作期间流经三端双向可控硅开关元件1420的瞬时电流恰好是应该给出128的值的电流。那么，64的该测量电流值乘以256和CCF并除以128将恢复64的测量到正确的值128。可理解的是在施加CCF之前，任何电流偏置必须从电流测量中去除。

速度测量和控制的转速滞后

在另一例子中，对于电机速度测量和控制，控制模块100可利用滞后。在基础的转速控制系统中，速度是通过使用电机上的磁体和放置在附近的捡拾线圈(感应器)确定的。例如，捡拾线圈组件250配置的以检测工具电机15的电机速度。如图2所示，在工具电机15(其包括在工具电机定子30中转动的工具电机电枢20)中，随着电枢20的转动，来自电枢20上的磁体的磁场被捡拾线圈组件250捡拾以给出电机速度的精确读数。这样，随着电机15转动，通过捡拾线圈组件250的线圈的电压正弦地增加和减小。电机电枢20旋转的越快，正弦的频率越高。

图17示出用于电机控制模块100中的示例性电路以确定电机速度。图17被提供以示出通过使用捡拾感应器和比较器以使得输出微控制器1430中的一组脉冲而测量电机速度的方法。脉冲频率与电机15的速度直接成比例。一旦实际速度被测量，微控制器430就可进行控制算法以控制测量速度到由各个控制输入确定的期望值。

微控制器例如图14中的微控制器1430可包含一个或多个比较器，如果比较器示出高于或低于参考电压，其可触发响应。如图17所示，电路1700包括比较器1710、分压电路1720、RC滤波器1730和滞后电阻(示出为R3)。分压电路1720(电阻R1和R2)产生固定电压参考(Vref)作为一个到比较器1710的输入1715。第二输入(转速输入1725)是来自捡拾线圈组件250的电压信号(Vcoil)。转速输入1725由RC滤波器1730滤波以降低进入比较器1710的噪声量。当Vcoil增加到超过Vref时，微控制器1430中的微处理器1432在比较器1710看到一低输出。当电机电压(Vcoil)下降到Vref之下时，微处理器1432在比较器1710看到一高输出。

微控制器1430测量这些高-低-高变换之间的时间期间，电机速度可得以确定。没有滞后，参考电压Vref是固定的并且将不改变。如果测量电压信号Vcoi1围绕Vref波动并且在系统中感应出噪声，那么微处理器1432将看到多个导致微控制器1430的非精确速度测量的高/低变换。

为了防止这发生，微控制器430使用滞后电阻而应用比较器滞后来从捡拾线圈提供速度测量。在图17中，电路1700包括借助软件通过微控制器1430上的端口管脚1740控制的第三滞后电阻(R3)。如果端口管脚1740被配置为输出并连接到接地点，那么电阻R3通过降低Vref影响R1和R2产生的分压。

但是，一旦发生低-高变换，端口管脚1740再次被配置为输出并连接到Vcc。这改变分压电路1720以使得其包括R1和R3的并联，这样增加Vref的值(因为Vref的值是由R1、R2和R3的值确定的)。现在在比较器1710将转变输出增益之前Vcoil增加到更高的值。

相应地，微控制器1430在从紧靠着电机15的旋转磁体附近的捡拾线圈提供速度测量中通过使用滞后电阻R3应用比较器滞后。使用滞后的电压参考水平Vref的改变/变换使得比较器1710的第二转速输入1725上的任何噪声更不可能超过转变参考水平(因为端口管脚1740的转变移动参考远离比较器1710的转变点)并最小化错误的比较器1710输出事件。这种结合可提供比较器1710输出的软件水平控制，潜在地提供更加可靠的速度测量，因为转速输入(第二输入1725)上的噪声通过使用滞后电阻R3以调节Vref而得以补偿。

平均电流估计

控制模块100使用估计算法估计流经三端双向可控硅开关元件1420的平均电流以尽力控制三端双向可控硅开关元件1420的导通角以响应工具电机的不断变化的负载。流经三端双向可控硅开关元件1420的电流的精确估计可传导给精确控制。有多种方法来辨别例如通过计算均方根(RMS)电流和平均电流具有零安培平均值的时变电流。

对于负振幅也就是在负AC半周期也可以计算平均电流，但是该值在基频时间段必须与正振幅期间的平均电流相同。相应地，在一例子中在正半周期期间流动的低电流将用于估计平均电流。

典型地，当平均电流计算不被禁止时，RMS电流计算在微控制器中是禁止的。相应地，下面验证的例子是关于平均电流计算描述的，其可理解成为了精确控制流经三端双向可控硅开关元件1420的电流的精确估计可以通过使用RMS计算而获得。

控制模块100通过监视对工具10和模块100给电的AC供给电压而检测过零。过零可用于建立AC电频率以使得微控制器1430可施加修正到其输出以补偿从标称频率的偏离。再者，AC供给电压的趋向正的过零标志着正半周期的开始，而AC供给电压的趋向负正过零标志着正半周期的结束。

图18示出AC电压波形的示例性正半周期。参照图18，趋向正的过零(在1810)和趋向负的过零(在1820)之间的时间期间定义为正半周期。在正半周期期间，通过分路1440的电流被测量并累积；这些示出为采样1830。典型地在正半周期的结束处，该累积除以采样数，从而提供AC电压波形的正半周期期间流经三端双向可控硅开关元件1420的平均电流。

如前所述，偏压op-amp1445以移动ADC计数允许负电流得以由ADC1433测量，低到偏压的极限。施加偏压电压到放大器1445有效地移动可被测量的电流值的范围，以使得负电流值的少数可在正AC半周期的负-正转变的附近测量。

因为电机15承受部分感应负载，所以AC电流将不能完全地与AC电压同相，而是将稍微地不同相。电压和电流之间的相位角度将既不是0度(纯电阻)，也不是90度(纯感应)，而是在其间的某个地方。这样，电流将具有关于电压的同相部分和不同相部分。

具有一些感应，当电压波形在任一方向穿越零时电流将不为零。这样，正好在趋向正的电压过零之后，或者正好在趋向负的电压过零之前，任何电流测量可分别为负的或正的。

图19示出对于纯感应负载的AC电压和电流波形。传统的电流平均估计算法将所有的各个电流测量求和，然后除以在正半周期的结束处(当电压波形在趋向负的方向穿越零时)的测量数(采样数)。如果某些测量个别电流采样是负的，这些负的值从正电压半周期的电流之和中实际减去；这将估计平均电流的计算从其真实值向下偏置，因为仅对于电流的正AC半周期假定平均电流值。

例如，参照图19，如果负载(工具电机15)是纯感应的，则正电压半周期的平均电流将恰好为零。在图19中，在电流曲线下面的负区域，从0到90度，恰好等于电流曲线下面的正区域，从90到180度。这样，在该期间，平均电流精确地为零。但是，真实电流显然不是零，而是一些非零值。

图20示出根据示例性实施例的对于轻微感应负载正AC半周期中的电压和电流波形以描述估计平均电流的方法。如图20所示，用以估计真实平均电流(对于正半周期)的改进算法可忽略个别负电流测量；这些采样不会被加入或累积到正半周期中的电流测量的和中。这样，电流测量的总和将等于两个过零变换之间的非负电流测量的和。如图20所示，在2010标注的两个测量将被忽略。

相应地，由ADC1433从分路1440测量的非负采样确定的ADC值将被累积，然后除以两个过零变换点之间的半周期中的所有测量的总数，以便确定估计平均电流。所得到的估计平均电流值将更接近真实平均值。平均电流的另一估计将累积由ADC1433从分路1440测量的非负采样确定的ADC值，然后除以两个过零变换点之间的半周期中的非负测量的总数。相应地，在图20的例子中，忽略负电流测量可改进流经三端双向可控硅开关元件1420的平均电流的估计。

图21示出根据另一示例性实施例的对于纯感应负载在正AC半周期中的电压和电流的波形以描述估计平均电流的方法。并不忽略负电流测量，如果个别负电流测量实际上从电流测量的和中减去，而不是被加上，然后电流测量的和将产生更加稳健的平均电流估计。这是因为减去负的测量相当于在求和之前将所有的电流测量取绝对值。

相应地，如图21所示，正电压半周期的平均电流等于正电流半周期的平均电流。如果电流波形关于90度相位点对称，如图21所示，流经三端双向可控硅开关元件1420的平均电流的估计可以甚至更加稳健。再者，通过为分路1440测量偏压op-amp1445以使得零电流(通过微控制器1430读取ADC值确定)是测量范围的中间点，精确电流测量可以在整个360度AC周期进行。

例如，op-amp1445可以在其输入处偏压以使得其到ADC1433的输出允许满范围的正和负电流测量得以由微控制器1430在ADC1433的输出处测量。这将偏压零电流分路信号到示例性测量范围的中间点，以使得包含大量负的和正的电流测量的范围可得以测量。示例性范围可以在+/-32安培电流之间。这允许电流在整个AC周期得以计算。

图22A是用于示出根据示例性实施例的估计通过电机控制模块的三端双向可控硅开关元件的平均电流的方法的流程图。图22C是用于示出根据另一示例性实施例的估计通过三端双向可控硅开关元件1420的平均电流的方法的流程图。图22A和22B对应图20的图表，图22C对应图21的图表。

参照图22A，微控制器1430检测AC电压波形的趋向正的过零(2210)，其是微控制器1430开始借助分路1440/op-amp1445以规则的间隔采样电流的一触发(2220)。对于每一个ADC电压，其代表从ADC1433接收到的给定电流采样，微控制器1430将确定调整值(2230)。这通过从ADC值减去零电流偏置以得到调整后的电流采样值而完成。该零偏置也称为上面的补偿值，并且先前已经在控制模块100的制造过程中在测试/校正中确定。零电流偏置存储在非挥发存储器例如ROM或EEPROM1436中。

如图20所示，微控制器1430接着只将那些调整后的为正的值相加(2240)以确定和。负电流采样被忽略。一旦微控制器检测AC电压波形的趋向负的过零(2250)，就将总和除以采样数以确定估计平均电流。图22B与图22A是相同的，除了估计平均电流是通过总和除以非负采样数而不是所有采样数而确定的(2260a)之外。

图22C包括除了步骤2240b之外与图22A相同的步骤以估计平均电流。这示出在求和操作中使用所有电流采样的绝对值的替代方法。这样，微控制器1430在确定和中将正AC半周期中的电流采样的绝对值相加(2240)。因此，正AC半周期中的负电流采样包括在平均电流计算中，但是通过使用绝对值加入到和中。

微控制器中的振荡器校正

很多微处理器和微控制器使用内部振荡器作为程序指令执行的基准时钟。典型地，这些内部振荡器并不精确，并且可以通过微控制器中的振荡器校正寄存器调整。

微处理器制造者在其工厂调整这些振荡器校正寄存器以给出在标称操作电压和标称室温下的某振荡频率。在其它操作电压和其它温度，振荡基频可偏离标称值。

在某些应用中，例如测量AC线频率，维持操作的精确频率变得重要。这需要振荡的精确频率。这可通过在包含微处理器或微控制器的电机控制模块内进行功能测试和随后的振荡器校正寄存器的校正而实现。

在控制模块100的微控制器1430中的振荡器应当被调整，因为需要测量AC线频率以确定其是为典型的操作频率的50Hz还是60Hz，还是AC线频率是另一值，用于与控制模块100通信以便装载和读取系数的不同频率对于电动工具的正确操作是必需的。相应地，校正微控制器1430中的振荡基频的示例性执行是计算对控制模块100给电的连续AC线过零之间的振荡数。可采样电流或电压。

微控制器1430包括可计数基频的计数器，其可在微控制器1430中除以一些预因子。如果连续的过零之间的计数数目低于期望的，那么微控制器1430中的振荡器校正寄存器通过写入新的值到寄存器而改变以使得增加频率，从而增加计数数目。如果连续的过零之间的计数的数目高于期望的，那么振荡器校正寄存器以这样的方式改变(例如通过写入新的值到寄存器)以使得降低频率，从而降低连续过零之间的计数数目。

相应地，在一般的例子中，微控制器1430中的振荡器校正寄存器可被校正以使得振荡的基频使能AC线频率的精确测量。例如，设置初始振荡器校正寄存器，通过微控制器1430中的软件计数AC波形的连续过零之间的频率振荡的数目以确定计数。该计数可与存储在微控制器1430中的标称计数值(也就是一些阈值)比较。如果计数小于标称计数值，那么振荡器校正寄存器通过微控制器1430增加振荡寄存器中的振荡基频而得以校正。如果计数大于或等于标称计数值，微控制器1430降低振荡寄存器中的振荡基频。

示例性实施例如此进行了描述，显然，其可以很多方式进行变化。这些变化不应视为脱离示例性实施例，并且所有的这些对于本领域技术人员将是显而易见的修改意在包括于在此所附的权利要求的范围中。

Claims (2)

1.一种电动工具，其特征在于，包括：

工具电机，

集成有开关的控制模块，其中所述控制模块配置和安置为可编程的以便控制多过一种的不同电动工具的所述工具电机。

2.如权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制模块包括用以检测工具中的表示过载事件的错误状况的电子离合器，并包括用以控制所述电子离合器和用以基于所述检测到的错误状况启动保护动作以移去或减小到所述工具电机的电能的微控制器。

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