TWI854385B - 電動工具之電源管理裝置 - Google Patents

Abstract

一種電動工具之電源管理裝置，包含一洩壓電路、一電壓偵測模組與一控制模組，其中，該洩壓電路與一馬達驅動模組並聯，該洩壓電路包括串聯連接的一功率消耗元件與一洩壓開關元件，該洩壓開關元件可受控制而導通或截止；該電壓偵測模組偵測該正端子與該負端子之間的電壓；該控制模組依據該電壓偵測模組所偵測的電壓設定一閾值電壓，並且該控制模組於該電壓偵測模組所偵測的電壓小於該閾值電壓時，維持該洩壓開關元件截止，於該電壓偵測模組所偵測的電壓超過該閾值電壓時，控制該洩壓開關元件導通。藉此，可以主動地設定洩壓電路的閾值電壓。

Description

電動工具之電源管理裝置

本發明係與電動工具有關；特別是指一種電動工具之電源管理裝置。

電動工具係藉由馬達的轉動而達到驅轉工件之目的，以節省人力，然而，馬達由轉動的狀態瞬間剎車時，將會產生反電動勢，反電動勢將會由馬達回流到位在馬達之前的電路或是電源。馬達在轉動時的轉速越高，則剎車時產生的反電動勢之電壓就越大，因此，回流的反電動勢可能會對位在馬達之前的電路或電源造成損壞。

為解決上述問題，習知的做法是在馬達之前設置瞬態電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS），藉由瞬態電壓抑制器在反電動勢之電壓大於崩潰電壓時會導通的特性，形成反電動勢的放電路徑，以避免反電動勢對馬達之前的電路或電源造成損壞。

然而，瞬態電壓抑制器為被動元件，其崩潰電壓為固定，對於電動工具的製造商而言，無法改變瞬態電壓抑制器的崩潰電壓，因此，若需改變所要抑制的反電動勢之電壓，只能更換符合所需崩潰電壓的瞬態電壓抑制器。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種電動工具之電源管理裝置，能夠主動設定馬達之反電動勢的放電路徑之閾值電壓。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種電動工具之電源管理裝置，電性連接於該電動工具之一電源連接埠與一馬達驅動模組之間，該電源連接埠具有一正端子與一負端子，該正端子與該負端子供連接一電源，該馬達驅動模組電性連接該正端子與該負端子；該電源管理裝置包含一洩壓電路、一電壓偵測模組與一控制模組，其中，該洩壓電路與該馬達驅動模組並聯連接，該洩壓電路包括串聯連接的一功率消耗元件與一洩壓開關元件，該洩壓開關元件係可受控制而導通或截止；該電壓偵測模組偵測該正端子與該負端子之間的電壓；該控制模組電性連接該洩壓開關元件與該電壓偵測模組，該控制模組依據該電壓偵測模組所偵測的電壓設定一閾值電壓；該控制模組於該電壓偵測模組所偵測的電壓小於該閾值電壓時，維持該洩壓開關元件截止，於該電壓偵測模組所偵測的電壓超過該閾值電壓時，控制該洩壓開關元件導通。

本發明之效果在於電源管理裝置，可以主動地因應該電源連接埠所連接的電源之電壓而設定洩壓電路的閾值電壓，以在馬達剎車時所產生的反電動勢之電壓大於閾值電壓時，主動控制洩壓電路即時形成反電動勢的放電路徑。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1所示，為本發明第一較佳實施例電動工具之電源管理裝置1，該電源管理裝置1電性連接於該電動工具的一電源連接埠100與一馬達驅動模組200之間。

該電源連接埠100具有一正端子100a與一負端子100b，該正端子與該負端子100b可拆離地連接一電源，本實施例中該電源係以一電池300為例，例如鋰電池，但不以此為限，該電源亦可為一直流電源供應器。該正端子100a與該負端子100b分別供接觸該電池300的正極300a與負極300b。該馬達驅動模組200的兩個電力輸入端200a, 200b分別電性連接該正端子100a與該負端子100b，以接收來自該電池300的電力，且該馬達驅動模組200連接一馬達400與一控制裝置（圖未示），該馬達400可為無刷馬達，但不以此為限，亦可為有刷馬達。該控制裝置用以輸出控制訊號到該馬達驅動模組200，令該馬達驅動模組200驅動該馬達400轉動。

該電源管理裝置1包含一洩壓電路10、一電壓偵測模組16與一控制模組18。

該洩壓電路10與該馬達驅動模組200並聯連接，以提供馬達400剎車時所產生的反電動勢的放電路徑。該洩壓電路10包括串聯連接的一功率消耗元件12與一洩壓開關元件14。本實施例中，該功率消耗元件12為一功率電阻，其一端電性連接該正端子100a與該電力輸入端200a。該洩壓開關元件14具有一第一端142與一第二端144。該第一端142電性連接該功率消耗元件12的另一端，該第二端144電性連接該負端子100b與該電力輸入端200b。該洩壓開關元件14更具有一第三端146，該第三端146電性連接該控制模組18，該洩壓開關元件14係可受該控制模組18控制而使該第一端與該第二端之間導通或截止。該洩壓開關元件14可為電晶體，例如FET、BJT，但不以此為限，亦可為繼電器等可控制而導通或截止的元件。該洩壓開關元件14導通時，該洩壓電路10形成放電路徑。實務上，該功率消耗元件12與該洩壓開關元件14的位置亦可對調，只要維持串聯即可。

該電壓偵測模組16用以偵測該正端子100a與該負端子之間的電壓，本實施例中，該電壓偵測模組16包括一電壓偵測電路162，該電壓偵測電路162電性連接該正端子100a。電壓偵測電路162可例如為電阻分壓電路。

該控制模組18電性連接該洩壓開關元件14與該電壓偵測模組16，且依據該電壓偵測模組16所偵測的電壓設定一閾值電壓。該控制模組18可例如為微控制器。較佳者，在該電池300安裝至該電源連接埠100且電池的正極300a與負極300b連接該正端子100a與該負端子100b時，該控制模組18立即偵測該電池300的電壓，並設定該閾值電壓。本實施例中，該控制模組18中預先設定有對應該電池的一預定電壓範圍，該預定電壓範圍具有一下限電壓與一上限電壓，以額定電壓規格為40V的電池為例，其預定電壓範圍的下限電壓為30V，上限電壓為42V。

該控制模組18透過該電壓偵測模組16測得該電池的電壓落於該預定電壓範圍時，該控制模組18便依據該預定電壓範圍設定該閾值電壓，且設定該閾值電壓大於該上限電壓。該控制模組18係將該上限電壓加上一電壓差作為該閾值電壓，該閾值電壓與該上限電壓之間的電壓差為大於或等於5V。本實施例中，該電壓差為6V，以額定電壓規格為40V的電池為例，其閾值電壓為48V。換言之，該控制模組判斷該電池的電壓落於30V~42V的區間時，則將閾值電壓設定為48V。

可替代地，該控制模組18中亦可預先儲存複數個預定電壓範圍與複數個閾值電壓的對應表，如下表1所示。該控制模組18設定其中一個預定電壓範圍作為該電動工具適用的預定電壓範圍，例如選擇30V~42V作為本實施例之電動工具的預定電壓範圍。當該控制模組18透過該電壓偵測模組16測得該電池的電壓時，即可藉由對應表中所設定的預定電壓範圍與電池的電壓比對，並取得對應的閾值電壓。

表1 預定電壓範圍與閾值電壓之對應表

預定電壓範圍	閾值電壓
9V~12.6V	18.6V
15V~21V	27V
30V~42V	48V
45V~63V	70V

在設定完該閾值電壓後，該控制模組18於該電壓偵測模組16所偵測的電壓小於該閾值電壓時，維持該洩壓開關元件14截止，當該控制模組18判斷該電壓偵測模組16所偵測的電壓超過該閾值電壓時，控制該洩壓開關元件14導通。換言之，該控制模組18判斷無反電動勢產生或產生的反電動勢較小時，則不導通該洩壓開關元件14；該控制模組18判斷反電動勢過大，則導通該洩壓開關元件14，讓功率消耗元件消耗反電動勢。

藉此，該控制模組18便可主動地因應施加到該電源連接埠100之電壓而設定洩壓電路10的閾值電壓，並且主動監測該馬達400剎車時是否產生過大的反電動勢（即施加到該電源連接埠100之電壓大於閾值電壓），並在過大的反電動勢時，提供反電動勢的放電路徑，以避免過大的反電動勢對電池反向充電而造成電池300損壞。另外，該電源為直流電源供應器時，亦可避免過大的反電動勢回流到直流電源供應器，而造成直流電源供應器損壞。

圖2所示為本發明第二較佳實施例之電動工具之電源管理裝置2，其係以第一實施例之架構為基礎，更包含一主開關元件20。該主開關元件20具有一第一端202與一第二端204，該第一端202電性連接該正端子100a，該第二端204電性連接該馬達驅動模組200的電力輸入端200a，該馬達驅動模組200係透過該主開關元件20電性連接該正端子100a。該主開關元件20更具有一第三端206，該第三端206電性連接該控制模組18，該主開關元件20係可受該控制模組18控制而使該第一端202與該第二端204之間導通或截止。該主開關元件20可為電晶體，例如FET、BJT，但不以此為限，亦可為繼電器等可控制而導通或截止的元件。

該電壓偵測模組16的電壓偵測電路162電性連接該正端子100a與該主開關元件20的第一端202。

另外，本實施例中該電源管理裝置2更包含一警示模組22，該警示模組22電性連接該控制模組18。該警示模組22可為發光元件（例如LED）及/或發聲元件（例如蜂鳴器），用以發出亮光及/或聲音之警示。

在該電池300安裝至該電源連接埠100且電池300的正極300a與負極300b連接到該正端子100a與該負端子100b時，該控制模組18尚未控制該主開關元件20導通，該主開關元件20維持於截止的狀態，此時，該控制模組18透過該電壓偵測模組16偵測該正端子100a與該負端子100b間的電壓。當該控制模組18於該電壓偵測模組16所偵測的電壓落於對應的預定電壓範圍時，依據該預定電壓範圍設定該閾值電壓並且控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間導通。藉此，即可將該電池之電力供給該馬達驅動模組。該控制模組18設定閾值電壓的方式可將上限電壓加上電壓差，或是由預定電壓範圍與閾值電壓之對應表取得閾值電壓。

在該控制模組18尚未控制該主開關元件20導通之前，當該控制模組18判斷該電壓偵測模組16所偵測的電壓超出或低於該預定電壓範圍時，代表該電池之電壓不符合該電動工具所需的電壓，則維持該主開關元件20的第一端與第二端之間截止，以避免過高的電壓造成該馬達驅動模組200及或馬達400損壞，或者是過低的電壓造成該馬達驅動模組200及或馬達400無法如實動作。並且，該控制模組18控制該警示模組22發出警示，以提示使用者。

在該控制模組18控制該主開關元件20導通後，當該控制模組18判斷該電壓偵測模組16所偵測的電壓小於該閾值電壓時，維持該洩壓開關元件14截止，當該控制模組18判斷該電壓偵測模組16所偵測的電壓超過該閾值電壓時，控制該洩壓開關元件14導通，讓功率消耗元件12消耗反電動勢。

圖3所示為本發明第三較佳實施例之電動工具之電源管理裝置3，其係以第二實施例之架構為基礎，不同的是，電壓偵測模組24除了原有的電壓偵測電路（於後以第一電壓偵測電路242稱之）之外，更包括另一電壓偵測電路（於後以第二電壓偵測電路244稱之）。該第二電壓偵測電路244電性連接於該主開關元件20的第二端204與該馬達驅動模組200的電力輸入端200a之間。

該控制模組18在該第一電壓偵測電路242所偵測的電壓落於對應的預定電壓範圍時，依據該預定電壓範圍設定該閾值電壓，並且控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間導通。該控制模組18判斷第一電壓偵測電路242所偵測的電壓超出或低於該預定電壓範圍時，則維持該主開關元件20的第一端202與第二端204之間截止，並控制該警示元件發出警示。

此外，該控制模組18控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間導通之前，更可藉由該第二電壓偵測電路244判斷該主開關元件20是否有漏電流過大或短路的情況。更詳而言，在理想情況下，該主開關元件20截止時，應無漏電流產生或漏電流極小，因此，該第二電壓偵測電路244所測得的電壓應為0V或趨近0V。當該控制模組18判斷該第二電壓偵測電路244所偵測的電壓大於一預定電壓時，則維持該主開關元件20截止，並控制該警示模組22發出警示，以提示使用者該主開關元件20損壞。該預定電壓可例如0.5V以上。

該控制模組18控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間導通後，依據該第二電壓偵測電路244所偵測的電壓與該閾值電壓比對，以決定控制該洩壓開關元件14導通與否，當該控制模組18判斷該第二電壓偵測電路244所偵測的電壓超過該閾值電壓時，則控制該洩壓開關元件14導通，讓功率消耗元件12消耗反電動勢。

本實施例的電源管理裝置3更包含一電流偵測電路26，該電流偵測電路26電性連接於該電源連接埠100與該馬達驅動模組200的之間。本實施例中，該電流偵測電路26係連接於該電源連接埠100的負端子100b與該馬達驅動模組200的電力輸入端200b之間。該控制模組18電性連接該電流偵測電路26，且於該電流偵測電路26所偵測的電流大於一預定電流時，控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間截止。預定電流可依電動工具的規格而設定適合的預定電流，以作為短路的偵測及保護。

本實施例的電源管理裝置3更包含一溫度偵測模組28，該溫度偵測模組28電性連接該控制模組18，該溫度偵測模組28具有複數個溫度偵測器282，該些溫度偵測器282分別設置於該洩壓開關元件14、該主開關元件20與該馬達驅動模組200，且分別偵測該洩壓開關元件14、該主開關元件20與該馬達驅動模組200的溫度。

該控制模組18於該溫度偵測模組28所偵測的該洩壓開關元件14、該主開關元件20與該馬達驅動模組200之任一者的溫度大於一預定溫度時，控制該主開關元件20的該第一端202與該第二端204之間截止，以及控制該警示模組22發出警示，以提示使用者。藉此，可即時阻斷電力，避免該洩壓開關元件14、該主開關元件20與該馬達驅動模組200之任一者的溫度過高而損壞。

據上所述，本發明電動工具之電源管理裝置，可以主動地因應該電源連接埠所連接的電源之電壓而設定對應的閾值電壓，以在馬達剎車時所產生的反電動勢過大時，即時形成反電動勢的放電路徑，避免過大的反電動勢回流至電源而造成損壞。並且可以達到精準控制對反電動勢之放電時機之效果。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1,2,3:電源管理裝置 10:洩壓電路 12:功率消耗元件 14:洩壓開關元件 142:第一端 144:第二端 146:第三端 16:電壓偵測模組 162:電壓偵測電路 18:控制模組 20:主開關元件 202:第一端 204:第二端 206:第三端 22:警示模組 24:電壓偵測模組 242:第一電壓偵測電路 244:第二電壓偵測電路 26:電流偵測電路 28:溫度偵測模組 282:溫度偵測器 100:電源連接埠 100a:正端子 100b:負端子 200:馬達驅動模組 200a, 200b:電力輸入端 300:電池 300a:正極 300b:負極 400:馬達

圖1為本發明第一較佳實施例電動工具之電源管理裝置的示意圖。 圖2為本發明第二較佳實施例電動工具之電源管理裝置的示意圖。 圖3為本發明第三較佳實施例電動工具之電源管理裝置的示意圖。

1:電源管理裝置 10:洩壓電路 12:功率消耗元件 14:洩壓開關元件 142:第一端 144:第二端 146:第三端 16:電壓偵測模組 162:電壓偵測電路 18:控制模組 100:電源連接埠 100a:正端子 100b:負端子 200:馬達驅動模組 200a, 200b:電力輸入端 300:電池 300a:正極 300b:負極 400:馬達

Claims (10)

1. 一種電動工具之電源管理裝置，電性連接於該電動工具之一電源連接埠與一馬達驅動模組之間，該電源連接埠具有一正端子與一負端子，該正端子與該負端子供連接一電源，該馬達驅動模組電性連接該正端子與該負端子；該電源管理裝置包含：一洩壓電路，與該馬達驅動模組並聯連接，該洩壓電路包括串聯連接的一功率消耗元件與一洩壓開關元件，該洩壓開關元件係可受控制而導通或截止；一電壓偵測模組，偵測該正端子與該負端子之間的電壓；一控制模組，電性連接該洩壓開關元件與該電壓偵測模組，該控制模組依據該電壓偵測模組所偵測的電壓設定一閾值電壓；該控制模組於該電壓偵測模組所偵測的電壓小於該閾值電壓時，維持該洩壓開關元件截止，於該電壓偵測模組所偵測的電壓超過該閾值電壓時，控制該洩壓開關元件導通；以及一主開關元件，具有一第一端與一第二端，該第一端電性連接該正端子，該第二端電性連接該馬達驅動模組，該馬達驅動模組係透過該主開關元件電性連接該正端子；該主開關元件係可受控制而使該第一端與該第二端之間導通或截止；該控制模組電性連接該主開關元件，當該控制模組於該電壓偵測模組所偵測的電壓落於一預定電壓範圍時，依據該預定電壓範圍設定該閾值電壓並且控制該主開關元件的該第一端與該第二端之間導通，其中，該預定電壓範圍具有一上限電壓，該閾值電壓大於該上限電壓。
2. 如請求項1所述電動工具之電源管理裝置，其中該控制模組係於該主開關元件截止的狀態下透過該電壓偵測模組偵測的該正端子與該負端子間的電壓。
3. 如請求項2所述電動工具之電源管理裝置，其中該閾值電壓與該上限電壓之間的電壓差大於或等於5V。
4. 如請求項1所述電動工具之電源管理裝置，其中該電壓偵測模組包括一第一電壓偵測電路與一第二電壓偵測電路，該第一電壓偵測電路電性連接該正端子與該主開關元件的第一端之間；該第二電壓偵測電路電性連接於該主開關元件的第二端與該馬達驅動模組之間；該控制模組於該第一電壓偵測電路所偵測的電壓落於該預定電壓範圍時，依據該預定電壓範圍設定該閾值電壓，以及依據該第二電壓偵測電路所偵測的電壓與該閾值電壓比對，以決定控制該洩壓開關元件導通與否。
5. 如請求項4所述電動工具之電源管理裝置，其中該控制模組控制該主開關元件的該第一端與該第二端之間導通之前，判斷該第二電壓偵測電路所偵測的電壓大於一預定電壓時，則維持該主開關元件截止。
6. 如請求項5所述電動工具之電源管理裝置，包含一警示模組，電性連接該控制模組，該控制模組於該第二電壓偵測電路所偵測的電壓大於該預定電壓時，控制該警示模組發出警示。
7. 如請求項1所述電動工具之電源管理裝置，包含一電流偵測電路，電性連接於該電源連接埠與該馬達驅動模組之間；該控制模組電性連接該電流偵測電路，且於該電流偵測電路所偵測的電流大於一預定電流時，控制該主開關元件的該第一端與該第二端之間截止。
8. 如請求項1所述電動工具之電源管理裝置，包含一溫度偵測模組，電性連接該控制模組，該溫度偵測模組偵測該洩壓開關元件的溫度；該控制模組於該溫度偵測模組所偵測的溫度大於一預定溫度時，控制該主開關元件的該第一端與該第二端之間截止。
9. 如請求項1所述電動工具之電源管理裝置，包含一溫度偵測模組，電性連接該控制模組，該溫度偵測模組偵測該主開關元件的溫度；該控制模組於該溫度偵測模組所偵測的溫度大於一預定溫度時，控制該主開關元件的該第一端與該第二端之間截止。
10. 如請求項8或9所述電動工具之電源管理裝置，包含一警示模組，電性連接該控制模組，該控制模組於該溫度偵測模組所偵測的溫度大於該預定溫度時，控制該警示模組發出警示。

Images