常用電動(dòng)車(chē)控制器電路及原理大全

1、!電動(dòng)自行車(chē)控制器電路原理分析目前流行的電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)大都使用直流電機(jī)，對(duì)直流電機(jī)調(diào)速的控制器有很多種類。電動(dòng)車(chē)控制器核心是脈寬調(diào)制(PWM)器，而一款完善的控制器，還應(yīng)具有電瓶欠壓保護(hù)、電機(jī)過(guò)流保護(hù)、剎車(chē)斷電、電量顯示等功能。電動(dòng)車(chē)控制器以功率大小可分為大功率、中功率、小功率三類。電動(dòng)自行車(chē)使用小功率的，貨運(yùn)三輪車(chē)和電摩托要使用中功率和大功率的。從配合電機(jī)分，可分為有刷、無(wú)刷兩大類。關(guān)于無(wú)刷控制器，受目前的技術(shù)和成本制約，損壞率較高。筆者認(rèn)為，無(wú)刷控制器維修應(yīng)以生產(chǎn)廠商為主。而應(yīng)用較多的有刷控制器，是完全可以用同類控制器進(jìn)行直接代換或維修的。本文分別介紹國(guó)內(nèi)部分具有代表性的電動(dòng)自行車(chē)

2、控制器整機(jī)電路,并指出與其他產(chǎn)品的不同之處及其特點(diǎn)。所列電路均是根據(jù)實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪所得，圖中元件號(hào)為筆者所標(biāo)。通過(guò)介紹具體實(shí)例，達(dá)到舉一反三的目的。1. 有刷控制器實(shí)例(1) 山東某牌帶電量顯示有刷控制器電路方框圖見(jiàn)圖1。UJBCU電獻(xiàn)屋U2A一電源間乖F反烘1) 電路原理電路原理圖見(jiàn)圖2所示，該控制器由穩(wěn)壓電源電路、PWM產(chǎn)生電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、蓄電池放電指示電路、電機(jī)過(guò)流及蓄電池過(guò)放電保護(hù)電路等組成。LED4C?I11BE1DL廠IRJ3IhO仍i上血/TlVjl02IH4346&f+01按門(mén)dF-CZ1-D&=H2別*0LJEDIH?/10rC3IF囲2n咅IHCRigivHTTh-QI2

3、咖R3O31工KCfli!如允薊Hh|WntnFD3Tl5Q2D1ICZI-hRII!;申二FI3WTILJR2BI僅切10%T%H3f?t&CZJ1-1cmC?:hiFLRtfej!射C0H-RT刑2CNDcrWIJW訕臉一Q+12V穩(wěn)壓電源由V3(TL431),Q3等元件組成，從36V蓄電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)穩(wěn)壓后得到+12V電壓，給控制電路供電，調(diào)節(jié)VR6可校準(zhǔn)+12V電源。PWM電路以脈寬調(diào)制器TL494為核心組成。R3、C4與內(nèi)部電路產(chǎn)生振蕩，頻率大約為12kHz。H是高變低型霍爾速度控制轉(zhuǎn)把，由松開(kāi)到旋緊時(shí)，其輸出端可得到4V1V的電壓。該電壓加到TL494的腳，與腳電壓進(jìn)行比較，在腳得到調(diào)

4、寬脈沖。腳電壓越低，腳輸出的調(diào)寬脈沖的低電平部分越寬，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電位器VR2用于零速調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)VR2使轉(zhuǎn)把松開(kāi)時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)再過(guò)一點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由Q1、Q2、Q4等元件組成。電機(jī)MOTOR為永磁直流有刷電機(jī)。TL494的腳輸出的調(diào)寬脈沖，經(jīng)Q1反相放大驅(qū)動(dòng)VDMOS管Q2。TL494的腳輸出的調(diào)寬脈沖低電平部分越寬，則Q2導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。D1是電機(jī)續(xù)流二極管，防止Q2擊穿。TL494的腳輸出低電平時(shí)，Q1、D2導(dǎo)通，Q4截止，Q2導(dǎo)通；TL494的腳輸出高電平時(shí)，Q1、D2截止，Q4導(dǎo)通，迅速將Q2柵極電荷泄放，加速Q(mào)2的截止過(guò)程，對(duì)降低Q2溫度有十分重要的作用。蓄電池放電指示電

5、路由LM324組成四個(gè)比較器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分壓形成四個(gè)不同基準(zhǔn)電壓分別加到四個(gè)比較器的反相端。蓄電池電壓經(jīng)R23和R22分壓加到每個(gè)比較器的同相端，該電壓和蓄電池電壓成比例。VA二VB*R22/(R22+R23)。當(dāng)蓄電池電壓不低于38V時(shí)，LED1、LED2、LED3均點(diǎn)亮；當(dāng)電池電壓低于38V時(shí)，LED3熄滅；當(dāng)電池電壓低于35V時(shí)，LED2熄滅；當(dāng)電池電壓低于33V時(shí)，LED1熄滅，此時(shí)應(yīng)給電池充電。調(diào)節(jié)VR1、VR4、VR3可分別設(shè)定LED3、LED2、LED1熄滅時(shí)的電壓。LED4用作電源指示，LED5用作欠壓切斷控制器輸出指示。蓄電池過(guò)放電

6、保護(hù)當(dāng)蓄電池放電到31.5V時(shí).LM324的腳輸出低電平，三極管Q5導(dǎo)通，約5V電壓加到TL494的死區(qū)控制端腳該腳電位M3.5V,就會(huì)迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使三極管Q1、Q2截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，蓄電池放電停止，進(jìn)入電池保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)LED5點(diǎn)亮，指示出該狀態(tài)。VR5用于設(shè)定電池保護(hù)點(diǎn)電壓。電機(jī)過(guò)流保護(hù)R30為電機(jī)電流取樣電阻，當(dāng)過(guò)流時(shí)，取樣電壓經(jīng)R14加到TL494的腳。當(dāng)腳電位高于腳電位時(shí)，TL494內(nèi)部運(yùn)放2輸出高電平，迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保護(hù)了電機(jī)。制動(dòng)保護(hù)當(dāng)剎車(chē)制動(dòng)時(shí)，KEY2接通.5V電壓加到TL494的

7、死區(qū)控制端腳，迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施制動(dòng)保護(hù)。2) 調(diào)試調(diào)速電路零速調(diào)試：速度轉(zhuǎn)把完全松開(kāi)調(diào)節(jié)VR2使電機(jī)停轉(zhuǎn)并再調(diào)過(guò)一點(diǎn)以保證可靠置零速。制動(dòng)調(diào)試：轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)把，電機(jī)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)閉合制動(dòng)開(kāi)關(guān)KEY2,Q2柵極應(yīng)立即變?yōu)榈碗娖?V。過(guò)流保護(hù)調(diào)試：轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)把，Q2柵極為高電平12V。此時(shí)在源極對(duì)地之間加上0.8V左右的電壓，柵極應(yīng)很快變?yōu)榈碗娖健Ｐ铍姵胤烹娭甘倦娐酚每烧{(diào)電源代替蓄電池。電壓為38V時(shí)，調(diào)節(jié)VR1，使LED3剛好熄滅；電壓為35V時(shí)，調(diào)節(jié)VR2,使LED2剛好熄滅；電壓為33V時(shí)，調(diào)節(jié)VR3，使LED1剛好熄滅；電壓為31V時(shí)

8、，調(diào)節(jié)VR5，使LED5剛好點(diǎn)亮，此時(shí)TL494的腳應(yīng)為高電平5V左右，進(jìn)入電池欠壓保護(hù)狀態(tài)。通過(guò)上述設(shè)置，僅LED1點(diǎn)亮?xí)r，電壓為33V-34V，應(yīng)及時(shí)給蓄電池充電，不過(guò)LED1熄滅至LED5點(diǎn)亮這段時(shí)間，蓄電池還可維持運(yùn)行，但LED5點(diǎn)亮?xí)r，進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)注意，過(guò)一會(huì)兒電池電壓因電機(jī)停轉(zhuǎn)而回升，保護(hù)解除，又恢復(fù)工作。如此反復(fù)保護(hù)-工作-保護(hù)的結(jié)果會(huì)損壞電池和控制器，故應(yīng)避免出現(xiàn)這種狀況。(2) 上海偉顯牌控制器使用LM324、LM393和LM339制作的有刷控制器可靠性是很高的，就是器件數(shù)量多些。該控制器僅用一片LM339制作有刷控制器部分。用另一塊LM339制成電量顯示部分。顯

9、示部分見(jiàn)圖3，電路原理見(jiàn)圖4所示。VOfflSiV盼上海偉星對(duì)該控制器的調(diào)速采用了光電速度轉(zhuǎn)把。由于北方干燥，沙土灰塵大，影響了光電速度轉(zhuǎn)把的使用。實(shí)踐證明，完全可以用霍爾速度轉(zhuǎn)把替代它。具體方法見(jiàn)圖5。R2光電速度轉(zhuǎn)把改為霍爾速度轉(zhuǎn)把關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是加壽5V穩(wěn)壓電源；二是根據(jù)原速度信號(hào)輸出點(diǎn)信號(hào)變化規(guī)律，選用相應(yīng)信號(hào)變化的霍爾調(diào)速轉(zhuǎn)把。該有刷控制器以PWM電路為核心，前面有三角波發(fā)生器、電瓶欠壓檢測(cè)、電機(jī)過(guò)電流檢測(cè)；后面有驅(qū)動(dòng)、功率開(kāi)關(guān)等。每部分都是獨(dú)立的檢查調(diào)試都比較方便。三角波發(fā)生器由IC2A、R17、C5、D2、R9、R10等組成施密特振蕩器，在C5上產(chǎn)生三角波。脈寬調(diào)制器是IC2B,

10、它的輸入之一腳，為來(lái)自C5上的三角波，輸入之二腳，是來(lái)自速度轉(zhuǎn)把(J1腳的速度信號(hào)。從IC2B腳輸出調(diào)寬脈沖，送互補(bǔ)推挽放大器?；パa(bǔ)推挽驅(qū)動(dòng)由T3、T4組成，脈沖高電平到來(lái)，上管NPN管T4導(dǎo)通，12V加到功率管T1、T2的柵極，T1、T2導(dǎo)通；脈沖低電平到來(lái)，上管NPN管T4截止下管PNP管T2導(dǎo)通，將T1、T2柵極的電荷迅速放掉，T1、T2截止。電池欠壓保護(hù)由IC2C組成電壓比較器，當(dāng)電瓶電壓低于31.5V時(shí)，它的(腳變?yōu)榈碗娢唬喈?dāng)于R13輸入一端接地，將轉(zhuǎn)把速度信號(hào)降到接近零伏使IC2B腳呈低電平，T4截止、T3導(dǎo)通；T1、T2截止。過(guò)電流保護(hù)由IC2D組成電壓比較器，當(dāng)過(guò)電流時(shí)。R4

11、右端電位變低通過(guò)R5加到IC2D)腳，比較器翻轉(zhuǎn)(13)腳變?yōu)榈碗娢?，同樣相?dāng)于R13輸入一端接地將轉(zhuǎn)把速度信號(hào)降到接近零伏，使T1、T2截止。(3) 四川綿陽(yáng)產(chǎn)某牌中功率有刷控制器該控制器采用無(wú)刷專用芯片,MC33035為核心制作的有刷控制器。LN31H42ft1GCIS15呎ex違就擊*11It入5l=RUikh過(guò)itc半Cl占怛工AEflL4I冋工N!.i-UCJiQ2JI454QI2-2USLH3IkJ6聘丄e*p&-?6_b-=4夏女E費(fèi)示冊(cè)L-曲CI015=t砒|鈕CZU-刪R4XkJIItl4i93電_57*HCl4li輻10kCZR3GBk700W2SK23Udd56&5115

12、6051卄-計(jì)密*IKLl卜卜I55051電動(dòng)機(jī)有刷控制器小結(jié)及維修無(wú)論更換原配套、還是換用其他品牌的有刷控制器，首先要搞清控制器的幾條基本連線：電源正、負(fù)線，兩條電機(jī)接線，三條速度轉(zhuǎn)把接線，剎車(chē)把接線，鑰匙接線。儀表接線等。進(jìn)一步判斷霍爾速度轉(zhuǎn)把三條接線，具體到哪一條是+5V、地和速度信號(hào)，剎車(chē)把接線是斷開(kāi)有效還是短路有效等。修理有刷控制器，首先要根據(jù)現(xiàn)象粗略估計(jì)損壞部位，排除控制器外部接觸不良等低級(jí)故障。例如：飛車(chē)現(xiàn)象可能是VDMOS擊穿，也可能是霍爾速度轉(zhuǎn)把的接地端懸空；加電不轉(zhuǎn)可能是控制器故障，也可能是外部連線燒斷或接觸不良，特別是剎車(chē)開(kāi)關(guān)、鑰匙、電池等部位；加載無(wú)力可能是電流取樣電阻

13、脫焊，也可能是電機(jī)問(wèn)題等。確實(shí)認(rèn)定是控制器內(nèi)部故障，再打開(kāi)檢查維修。要認(rèn)清控制器內(nèi)部關(guān)鍵器件，有些器件外形一樣，例如TO-220封裝的VDMOS、三端穩(wěn)壓器78xx、續(xù)流二極管等。生產(chǎn)廠商為保密往往把元器件的印刷標(biāo)示打磨掉了，給維修增加了麻煩。小功率控制器，可根據(jù)連線部位等特征來(lái)認(rèn)定，例如：續(xù)流二極管兩端和電機(jī)兩條線是并聯(lián)關(guān)系，用萬(wàn)用表測(cè)一下就清楚了；VDMOS和三端穩(wěn)壓器78xx雖然都有一端接地，但VDMOS端接電機(jī)，穩(wěn)壓器78xx則不接電機(jī)。集成塊也可以從腳數(shù)和連線部位等特征來(lái)區(qū)分，例如：TL494是16腳的。LM324和LM339是14腳的，LM393和LM358是8腳的；雖然LM324

14、和LM339都是14腳的，但是供電腳不同，LM324供電端是腳，而接地端是（11）腳。LM339供電端是腳.接地端是（12）。接有直徑1mm長(zhǎng)度大約1cm的鎳銅絲或康銅絲的電阻，一般是電流取樣電阻，一端接VDMOS的源極S,一端接電池負(fù)極（粗黑），康銅絲兩端受熱很易造成焊錫脫落?？赡茉斐奢p載正常、重載無(wú)力等故障。根據(jù)原理圖可以進(jìn)一步沿信號(hào)通路分析，有刷控制器核心部位就是PWM。它前面的輸入信號(hào)，一路是三角波發(fā)生器的三角波，一路是霍爾速度轉(zhuǎn)把的速度信號(hào)。PWM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到VDMOS柵極。維修重點(diǎn)：一是VDMOS?？刂破髦芯褪荲DMOS損壞率高，多數(shù)為DS間擊穿造成加電就高速旋轉(zhuǎn)。在不加電情況下

15、，用萬(wàn)用表一測(cè)便知，一般換用好管故障就會(huì)排除。更換時(shí)，要注意絕緣和散熱，要墊上導(dǎo)熱絕緣片并涂上導(dǎo)熱硅脂，固定好散熱板的緊固件。伴隨VDMOS擊穿，還可能有其他周邊元件損壞。如互補(bǔ)推挽下管PNP管等。另一個(gè)是穩(wěn)壓電源，可以帶電檢查其輸出是否為額定穩(wěn)壓值，如沒(méi)有，排除輸出短路后，再沿電路向前檢查。對(duì)于控制芯片采用TL494的電路，盡管內(nèi)部復(fù)雜，只要檢查關(guān)鍵點(diǎn)，就能判斷大致情況。TLA94第（14）腳為+5V參考電源輸出端，如2腳供電正確，（14）腳沒(méi)有+5V。一般就是芯片壞了；腳也是關(guān)鍵點(diǎn)，它為高電位時(shí)，芯片關(guān)閉輸出，如果它為高電位，要檢查造成原因，例如欠壓保護(hù)，霍爾調(diào)速把故障等；腳在有刷控制器中

16、也是關(guān)鍵點(diǎn)，它為高電位（3.6V）時(shí)，芯片關(guān)閉輸出，如果它為高電位,要檢查造成原因。也可以檢查后部的關(guān)鍵點(diǎn)，例如VDMOS柵極電壓是否隨霍爾速度轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)變化等。功率開(kāi)關(guān)管損壞的原因和對(duì)策：1）熱損壞開(kāi)關(guān)管過(guò)熱后性能下降，極易損壞。開(kāi)關(guān)管發(fā)熱主要是導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。導(dǎo)通壓降和電流的乘積越大發(fā)熱越多。壓降大原因之一是器件本身問(wèn)題，靠嚴(yán)格篩選解決，并聯(lián)使用要經(jīng)過(guò)配對(duì)；壓降大原因之二不是器件本身問(wèn)題，是開(kāi)關(guān)通過(guò)放大區(qū)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)改善（柵極驅(qū)動(dòng)和泄放）電路設(shè)計(jì)解決。欠壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)工作在臨界（如堵轉(zhuǎn)引起逐周過(guò)流保護(hù)動(dòng)作）時(shí)，切換頻繁，PWM頻率升高，開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)損耗隨頻率升高而升高造成過(guò)熱。關(guān)于欠壓

17、保護(hù)工作在臨界切換頻繁的改進(jìn)，采用改進(jìn)施密特電路，正反饋加一個(gè)二極管和一個(gè)電阻。2）電壓擊穿主要是開(kāi)關(guān)管本身耐壓不夠，當(dāng)電壓過(guò)高的一瞬間，還沒(méi)來(lái)得及將熱傳到散熱器，管子DS就擊穿了，所以也稱冷擊穿。器件本身應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，并聯(lián)應(yīng)用器件要經(jīng)過(guò)配對(duì)，否則易損壞；外因主要是電機(jī)大電流工作時(shí)，突然關(guān)斷，引起瞬間高反電勢(shì)，例如有刷電機(jī)碳刷接觸不良。解決方案是并聯(lián)大電流高速低壓降續(xù)流二極管例如采用30A雙快恢復(fù)（或肖特基）管。還有，在開(kāi)關(guān)管DS間加阻容吸收保護(hù)。3）提高大功率控制器可靠性對(duì)策大功率控制器要采用大電流高反壓耐高溫開(kāi)關(guān)管。但是，大功率場(chǎng)效應(yīng)管耐壓和導(dǎo)通電阻制造時(shí)是有矛盾的，例如耐壓60V左右的

18、管子，導(dǎo)通電阻可以做到8mQ，耐壓升高到100V，導(dǎo)通電阻就成幾倍增加。行之有效的措施是：一是降低振蕩頻率；二是增加并聯(lián)器件數(shù)；三是增加驅(qū)動(dòng)功率；四是加大散熱板面積；五是振蕩三角波形成PWM等電路不用WPM專用芯片TL494等，而選用故障率較低的比較器（LM339）、簡(jiǎn)單門(mén)電路等器件制作；六是功率冗余，就是功率管和續(xù)流管多只并聯(lián)，但要特別注意分布參數(shù)；七是欠壓保護(hù)改為欠壓提示，不關(guān)斷等。2. 無(wú)刷控制器IC11*122317花a5.H0U1!199-I“4-41?1071B152：F8I5SLIVoc憎?HhH07k圖10juiva*COULteikjroj心iciift冊(cè)o0.1PIfr”I

19、iF52Q.Olui11上.jQVlOpFJIJN臨曲HZ-aciurj上!OyfTO2H!hHC7ICJR210J40：鼬ilfi半10PF._-_|lIftJjOS采用單片機(jī)的電動(dòng)車(chē)無(wú)刷控制器圖11是以89C2051為核心的控制器電路圖。由于89C2051屬低端產(chǎn)品，內(nèi)部沒(méi)有PWM和A/D轉(zhuǎn)換，它借助了三個(gè)模擬比較器完成相應(yīng)工作。IC8B作為電池欠壓檢測(cè)器，欠壓時(shí),給單片機(jī)(13)腳一個(gè)低電平；IC8D做過(guò)流檢測(cè)器，過(guò)流時(shí)，給單片機(jī)腳一個(gè)低電平；借助普通I/O口(11)腳輸出，通過(guò)積分電路和轉(zhuǎn)把模擬速度信號(hào)在IC8A進(jìn)行比較后輸入單片機(jī)(12)腳，用軟件完成PWM控制,然后分三相六路輸出到三個(gè)專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2103。由IR2103驅(qū)動(dòng)每相的上、下VDM0S管。O-R1JZ.