欣聯(lián)達(dá)電動(dòng)車控制器工作原理

1、電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器基本原理及維修要點(diǎn)電動(dòng)車采用的電機(jī)分有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種，由于無刷電機(jī)具有噪聲低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)， 因而在電動(dòng)車中獲得比較廣泛應(yīng)用。無刷電機(jī)的控制器要比有刷電機(jī)控制器復(fù)雜得多，在維修上有一定的難度，因此，本文以欣聯(lián)達(dá)控制器為案例，詳細(xì)介紹原理入手介紹維修要點(diǎn)， 以期對(duì)廣大維修愛好者有所幫助?；驹硇缆?lián)達(dá)控制器主要由單片機(jī)主控電路、功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路、電子換向器、霍 爾信號(hào)檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)把信號(hào)電路、欠電檢測(cè)電路、限流/過流檢測(cè)電路、剎車信號(hào)電路、限速電路、電源電路等部分組成，其原理框圖如圖1所示，下面介紹主要電路的工作原理。1. 電子換向器無刷電機(jī)與有刷電機(jī)的根本區(qū)別就在丁無

2、刷電機(jī)用電子換向器代替了有刷電 機(jī)的機(jī)械換向器，因而控制方法也就大不相同，復(fù)雜程度明顯提高。在無刷電機(jī) 控制器中，用6個(gè)功率MOSFET管組成電子換向器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中 MOSFET管VT1、VT4構(gòu)成無刷電機(jī)A相繞組的橋臂，VT3、VT6構(gòu)成無刷電 機(jī)B相繞組的橋臂,VT5、VT2構(gòu)成無刷電機(jī)C相繞組的橋臂，在任何情況， 同一橋臂的上下兩管不能 同時(shí)導(dǎo)通，否則要燒壞管子。6只功率MOSFET管按一定要求順次導(dǎo)通，就可實(shí)現(xiàn)無刷電機(jī) A、B、C三 相繞組的輪流通電，完成換相要求，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器中， 這6只功率管有二二通電方式和三三通電方式的運(yùn)用，二二通電方式即每一瞬

3、 間有兩只功率管同時(shí)通電，三三通電方式即每一瞬間有三只功率管同時(shí)通電。對(duì)于二二通電方式,功率管須按 VT1、VT2 ; VT2、VT3 ; VT3、VT4 ; VT4、VT5 ; VT5、VT6 ; VT6、VT1 ; VT1、VT2?的通電順序，電機(jī)才能 正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì) 于三三通電方式，功率管須按 VT1、VT2、VT3 ; VT2、VT3、VT4 ; VT3、VT4、 VT5 ; VT4、VT5、VT6 ; VT5、VT6、VT1 ; VT6、 VT1、VT2 ; VT1、VT2 、 VT3?的次序通電，電機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2. 功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路功 率 管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路用來驅(qū)動(dòng) 電子換向器的6

4、個(gè)MOSFET管，由丁 6 個(gè)MOSFET管組成了 3個(gè)相同的橋臂， 對(duì)這3個(gè)相同的橋臂 的驅(qū)動(dòng)電路是 相同的，因而功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路是由 3組相同結(jié)構(gòu)的電路組成，圖3所示的是一典型的功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路， 對(duì)丁一無刷控制器，有3個(gè)這樣的電路，分別 驅(qū)動(dòng)3個(gè)橋臂。3. 單片機(jī)主控電路單片機(jī)主控電路是無刷電機(jī)控制器的核心部分，電機(jī)的霍爾信號(hào)、轉(zhuǎn)把信號(hào)、過流檢測(cè)信號(hào)、剎車信號(hào)等都直接輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理，并由單片 機(jī)輸出電子換向器三個(gè)橋臂的前級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因而單片機(jī)主控電路是無刷電機(jī)控制器的心臟部分。 單片機(jī)PIC16F72是目前電動(dòng)車無刷電機(jī) 控制器的主流控制芯片，圖4所

5、示的是用PIC16F72構(gòu)成的無刷控制器的典型應(yīng) 用電路，它包括了無刷電機(jī)控制器的各主要輸入、 輸出信號(hào)，如圖4中的SPSIG 端信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電阻R69和R68組成的網(wǎng)絡(luò)送入單片機(jī)的第5腳，單片機(jī) 根據(jù)該腳的電壓信號(hào)變化，決定輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。目 前市面上電動(dòng)車的轉(zhuǎn)把輸出信號(hào)電壓一般在 14.2V ,它內(nèi)部是由一個(gè)線性霍爾元件和一個(gè)磁 體組成，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把、磁體移動(dòng)，霍爾 元 件感應(yīng)變化的磁場(chǎng)而輸出變化的電壓。圖1圖2驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)上橋臀 驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)圖3供 SO WkFTT R7227G2 1002+5VCM#OGjiN-2Q PIC 161驅(qū)劫持息I8* Q "

6、;4_spSj(;oR的 tTQ2LIM. oHBKOVT* RLCHAHGROSC1OSC2REiCRCAMCLRRJ 3 3k CDR3T 3 ihCD4700pOHAUXOHALLB-OrtALLA04 3V4. 限速電路限速電路是通過分壓電阻，減小送入單片機(jī)的轉(zhuǎn)把最高電壓信號(hào)，從而限制 了速度。如圖4中把SPLIMT端接地，貝U R67與R68即組成分壓電路，降低轉(zhuǎn) 把信號(hào)（SPSIG ）送入單片機(jī)的5腳的電壓，從而限制了電動(dòng)車的最高 轉(zhuǎn)速。5. 霍爾信號(hào)檢測(cè)電路在圖4中，電阻R31R36、電容C16-C18組成霍爾信號(hào)檢測(cè)輸入電路，電 阻R34R36形成上拉電位，電容C16C18起濾

7、波作用，抑制干擾信號(hào)。單片 機(jī)的15、16、17腳分別檢測(cè)來自電機(jī)內(nèi)的三路霍爾位置信號(hào)， 以決定換相時(shí)刻。6. 欠壓檢測(cè)電路在圖4中，元件R70、R71、R72、C23組成電池電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)值送 入單片機(jī)的3腳，當(dāng)該腳檢測(cè)值低丁某一數(shù)值時(shí)，可強(qiáng)迫無刷電機(jī)控制器不工作， 從而起到保護(hù)電池的作用。7. 剎車信號(hào)電路對(duì)丁電動(dòng)自行車，當(dāng)手把剎車時(shí)，單片機(jī)得到剎車信號(hào)，無刷電機(jī)控制器停 止輸出控制信號(hào)，電機(jī)斷電，這稱為剎車斷電，對(duì)丁有些無刷控制器，當(dāng)單片機(jī) 得到剎車信號(hào)時(shí)，則輸出控制信號(hào)，強(qiáng)制電機(jī)抱住，使電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這稱為電 剎車。目前市面上電動(dòng)車的剎車信號(hào)有高電平剎車信號(hào)和低電平剎車信號(hào)兩種,

8、對(duì)丁單片機(jī)一般只識(shí)別其中一種信號(hào)， 如果采用電平轉(zhuǎn)換電路，則可識(shí)別兩種電 平的剎車信號(hào)。在圖4中，當(dāng)BK信號(hào)端為低電平，則單片機(jī)第7腳得到低電 平剎車信號(hào)，通知無刷控制器完成剎車過程。當(dāng)HBK端為高電平時(shí)，通過電阻R66、R81、R88及三極管VT20完成電平轉(zhuǎn)換，三極管 VT20的集電極變?yōu)榈?電平，單片機(jī)第7腳為低，通知無刷控制器完成剎車動(dòng)作。8. 電源電路在無刷電機(jī)控制器中，一般需兩組電源,一個(gè)是14V電源供功率MOSFET驅(qū)動(dòng)用，另一個(gè)是5V電源，供單片機(jī)、電機(jī)霍爾、轉(zhuǎn)把霍爾等電路用。 14V電 源一般由LM317調(diào)整管得到,5V電源一般由78L05得到，電路程式如圖5所 示。9. 限

9、流/過流保護(hù)電路限流保護(hù)是控制無刷電機(jī)控制器 在某一最大限定電流值下工作，對(duì)丁 36V 控制器，限流值一般在14±1A，對(duì)丁 48V控制器限流值一般在17±1A。限流保 護(hù)其實(shí)乂是過載保護(hù)，當(dāng)上坡、載重必然引起負(fù)載加重、電流增大，但電流增大 的極限就是限流值。如圖4中，IC6B (LM358)的運(yùn)放與電阻R73、R74、R75、 R76及RT構(gòu)成限流信號(hào)檢測(cè)電路。R T為申接丁 MOSFET管上的電阻絲，如 圖2所示，因?yàn)殡姍C(jī)電流通過 MOSFET管，也就流 過R T,當(dāng)流過電機(jī)的電 流變化，反應(yīng)在 R T上就是R T兩端電壓的變化。當(dāng)流過 RT的電流大到限 定電流時(shí)，此時(shí)

10、IC6的第7腳輸出約3V的電壓，單片機(jī)PIC16F72的2腳得 到3V電壓時(shí)，則降低MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的占空比，迫使流過電機(jī)的電流下降，即R T上的電流下降，同時(shí) R T上的電壓下降，使得IC6的第7腳 輸出下降，如此動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證無刷電機(jī)控制器工作丁限流值以下。過流保護(hù)是當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到限定電流時(shí)，無刷電機(jī)控制器電流仍在上升，則強(qiáng)迫停止電機(jī)供 電。IC6A的運(yùn)放和R59、R61、R62及R T構(gòu)成過流保護(hù)檢測(cè)電路，見圖 4。 檢測(cè)信號(hào)由IC6的1腳輸出，送入單片機(jī)的21腳。圖5維修要點(diǎn)根據(jù)筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，要修好無刷控制器，可按如下步驟進(jìn) 行，將會(huì)收到事半功倍的效果。第一步 正確判

11、斷無刷電機(jī)控制器的各引出線功能無刷電機(jī)控制器一般具備如下引出線。1. 電機(jī)線（圖6中A線）無刷電機(jī)控制器電機(jī)線有 3根，稱為A、B、C相 線，一般黃線為A相，藍(lán)線為B相，綠線為C相，但也有例外，這就要求維修 者試著調(diào)換3根線的次序，直到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2. 電源線（圖6中B線）無刷電機(jī)控制器電源線一般用 3根線，其中一根 細(xì)一些的線為鎖線，它是給無刷電機(jī)控制器 14V及5V電源供電的，另外 兩根 粗線（紅、黑）給功率管供電。3. 限速線（圖6中C線）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電動(dòng)車的最高限速 為20km/h,因此 各無刷電機(jī)控制器廠 家生產(chǎn)的控制器出廠時(shí)都留有如圖 7中的D號(hào)線，當(dāng)插頭 插上，則電動(dòng)車 限速為

12、20km/h，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如斷 開，則電動(dòng)車速度將大 丁 20km/h ,方 便用戶選擇。4. 剎車線（圖6中D線）剎車線連接到電動(dòng)車的把手開關(guān)上，當(dāng)剎車時(shí)開 關(guān)動(dòng)作，剎車信號(hào)送入單片機(jī)，執(zhí)行剎車斷電或剎車抱死動(dòng)作。5. 速度線（圖6中E線）速度線與電動(dòng)車儀表盤中的速度表相連，在無刷電機(jī)控制器內(nèi)它通過一限流電阻與電機(jī)的某一根相線相連。電機(jī)速度變化，反應(yīng)在電機(jī)相線中電流變化，則在速度線中電流也變化，反應(yīng)在儀表盤中就是速度的 變化。6. 轉(zhuǎn)把線（圖6中F線）轉(zhuǎn)把線連接到電動(dòng)車轉(zhuǎn)把內(nèi)的霍爾上，轉(zhuǎn)把線有3根線，分別為電源正、電源負(fù)和信號(hào)線，一般紅線為電源正，黑線為電源負(fù)，信 號(hào)線為藍(lán)色。當(dāng)轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

13、，轉(zhuǎn)把內(nèi)磁鐵相對(duì)霍爾運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生由低到高的感應(yīng)電 壓信號(hào)，該信號(hào)送入單片機(jī)，執(zhí)行調(diào)速指令。7. 電機(jī)霍爾線（圖6中G線）電機(jī)霍爾線與電機(jī)內(nèi)霍爾相連，以決定電機(jī) 換相時(shí)刻?；魻柧€有5根線：紅為正，黑為負(fù)，其余3根線為3個(gè)霍爾信號(hào)， 這3根線與電機(jī)相連，必須次序正確，否則電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)需反復(fù)調(diào)換 這3根線與電機(jī)相連次序，直到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。第二步 目視檢查打開無刷電機(jī)控制器， 如圖7所示，目視檢查有無不良，重 點(diǎn)檢查各導(dǎo)線是否焊接良好，功率MOS管、14V穩(wěn)壓管、大電解電容、單片機(jī)、 振蕩器是否焊接良好，如圖7中A、B、C、D、E標(biāo)注的所示，要排除不良點(diǎn)。A圈7序號(hào) |故障現(xiàn)象|產(chǎn)生故障的原因

14、（r）1不通電一.，矽2（J微土配回.游臣玉不正常 電國(guó)-j.J （: H祀壞U泄單片機(jī)振蕩器垢1 （ MQS管壞2 （/；能機(jī)A. B. C相技次序不對(duì)危機(jī)返轉(zhuǎn)不柄 共 * 幸機(jī)1T爾信E線次序不對(duì)HF H）驅(qū)動(dòng)電踏苜三麒電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)霍爾篷或相線次序不對(duì)審.說逝轉(zhuǎn)無力限流電熱異常第三步在不通電情況下用萬用表檢查1. 先用萬用表量外接電源端對(duì)地 阻抗是否正常，一般應(yīng)大丁 2kQ。2. 分別測(cè)6個(gè)MOS管引腳問有無短路現(xiàn)象，此點(diǎn)較為重要，無刷電機(jī)控制器（如MOS管）較差，過流保護(hù)控制不佳或散熱做得不好，往往會(huì)引起MOS管擊穿，如圖7中A部分。3. 檢查電源穩(wěn)壓管LM317引腳問 有無短路現(xiàn)象。4. 測(cè)78L05與地間阻抗是否正 常，一般應(yīng)大丁 1.5 k Q第四步 在通電情況下測(cè)直流工作點(diǎn) 測(cè)LM317輸出（應(yīng)為14V ）、 78L05輸出（應(yīng)為5V）、轉(zhuǎn)把線霍爾線、助力線、紅線與黑線問電源（應(yīng) 為 5V）。第五步嘗試通電運(yùn)轉(zhuǎn)1. 只連接電機(jī)線、霍爾線、轉(zhuǎn)把線，保證正確連接后通電試著轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把，先 慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)一小段位置（低速），看電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，如不正常，立即