常用电动车控制器电路及原理大全.docx
- 文档编号:16587451
- 上传时间:2023-07-15
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:594.31KB
常用电动车控制器电路及原理大全.docx
《常用电动车控制器电路及原理大全.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《常用电动车控制器电路及原理大全.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
常用电动车控制器电路及原理大全
!
!
电动自行车控制器电路原理分析
目前流行得电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机,对直流电机调速得控制器有很多种类。
电动车控制器核心就就是脉宽调制(PWM)器,而一款完善得控制器,还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。
ﻫ 电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。
电动自行车使用小功率得,货运三轮车与电摩托要使用中功率与大功率得。
从配合电机分,可分为有刷、无刷两大类。
关于无刷控制器,受目前得技术与成本制约,损坏率较高。
笔者认为,无刷控制器维修应以生产厂商为主。
而应用较多得有刷控制器,就就是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修得。
本文分别介绍国内部分具有代表性得电动自行车控制器整机电路,并指出与其她产品得不同之处及其特点。
所列电路均就就是根据实物进行测绘所得,图中元件号为笔者所标。
通过介绍具体实例,达到举一反三得目得。
1、有刷控制器实例
(1)山东某牌带电量显示有刷控制器
电路方框图见图1。
ﻫ 1)电路原理
电路原理图见图2所示,该控制器由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。
ﻫ 稳压电源由V3(TL431),Q3等元件组成,从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压,给控制电路供电,调节VR6可校准+12V电源。
PWM电路以脉宽调制 器TL494为核心组成。
R3、C4与内部电路产生振荡,频率大约为12kHz。
H就就是高变低型霍尔速度控制转把,由松开到旋紧时,其输出端可得到4V—1V得电压。
该电压加到TL494得②脚,与①脚电压进行比较,在⑧脚得到调宽脉冲。
②脚电压越低,⑧脚输出得调宽脉冲得低电平部分越宽,电机转速越高,电位器VR2用于零速调节,调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。
电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。
电机MOTOR为永磁直流有刷电机。
TL494得⑧脚输出得调宽脉冲,经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。
TL494得⑧脚输出得调宽脉冲低电平部分越宽,则Q2导通时间越长,电机转速越高。
D1就就是电机续流二极管,防止Q2击穿。
TL494得⑧脚输出低电平时,Q1、D2导通,Q4截止,Q2导通;TL494得⑧脚输出高电平时,Q1、D2截止,Q4导通,迅速将Q2栅极电荷泄放,加速Q2得截止过程,对降低Q2温度有十分重要得作用。
蓄电池放电指示电路 由LM324组成四个比较器,12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器得反相端。
蓄电池电压经R23与R22分压加到每个比较器得同相端,该电压与蓄电池电压成比例。
VA=VB*R22/(R22+R23)。
当蓄电池电压不低于38V时,LED1、LED2、LED3均点亮;当电池电压低于38V时,LED3熄灭;当电池电压低于35V时,LED2熄灭;当电池电压低于33V时,LED1熄灭,此时应给电池充电。
调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时得电压。
LED4用作电源指示,LED5用作欠压切断控制器输出指示。
蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31、5V时、LM324得①脚输出低电平,三极管Q5导通,约5V电压加到TL494得死区控制端④脚、该脚电位≥3、5V,就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使三极管Q1、Q2截止,电机停止运转,蓄电池放电停止,进入电池保护状态。
此时LED5点亮,指示出该状态。
VR5用于设定电池保护点电压。
ﻫ 电机过流保护R30为电机电流取样电阻,当过流时,取样电压经R14加到TL494得⑩脚。
当⑩脚电位高于⑩脚电位时,TL494内部运放2输出高电平,迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使Q1、Q2截止,电机停止运转,从而保护了电机。
ﻫ 制动保护 当刹车制动时,KEY2接通、5V电压加到TL494得死区控制端④脚,迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使Q1、Q2截止,电机停止运转,实施制动保护。
2)调试ﻫ 调速电路零速调试:
速度转把完全松开、调节VR2使电机停转并再调过一点以保证可靠置零速。
制动调试:
转动速度转把,电机旋转。
此时闭合制动开关KEY2,Q2栅极应立即变为低电平0V。
过流保护调试:
转动速度转把,Q2栅极为高电平12V。
此时在源极对地之间加上0、8V左右得电压,栅极应很快变为低电平。
蓄电池放电指示电路用可调电源代替蓄电池。
电压为38V时,调节VR1,使LED3刚好熄灭;电压为35V时,调节VR2,使LED2刚好熄灭;电压为33V时,调节VR3,使LED1刚好熄灭;电压为31V时,调节VR5,使LED5刚好点亮,此时TL494得④脚应为高电平5V左右,进入电池欠压保护状态。
通过上述设置,仅LED1点亮时,电压为33V-34V,应及时给蓄电池充电,不过LED1熄灭至LED5点亮这段时间,蓄电池还可维持运行,但LED5点亮时,进入欠压保护状态。
此时应注意,过一会儿电池电压因电机停转而回升,保护解除,又恢复工作。
如此反复保护-工作-保护得结果会损坏电池与控
制器,故应避免出现这种状况。
(2)上海伟显牌控制器
使用LM324、LM393与LM339制作得有刷控制器可靠性就就是很高得,就就就是器件数量多些。
该控制器仅用一片LM339制作有刷控制器部分。
用另一块LM339制成电量显示部分。
显示部分见图3,电路原理见图4所示。
上海伟星对该控制器得调速采用了光电速度转把。
由于北方干燥,沙土灰尘大,影响了光电速度转把得使用。
实践证明,完全可以用霍尔速度转把替代它。
具体方法见图5。
光电速度转把改为霍尔速度转把关键有两点:
一就就是加装+5V稳压电源;二就就是根据原速度信号输出点信号变化规律,选用相应信号变化得霍尔调速转把。
该有刷控制器以PWM电路为核心,前面有三角波发生器、电瓶欠压检测、电机过电流检测;后面有驱动、功率开关等。
每部分都就就是独立得、检查调试都比较方便。
三角波发生器由IC2A、R17、C5、D2、R9、R10等组成施密特振荡器,在C5上产生三角波。
脉宽调制器就就是IC2B,它得输入之一⑥脚,为来自C5上得三角波,输入之二⑦脚,就就是来自速度转把(J1)①脚得速度信号。
从IC2B①脚输出调宽脉冲,送互补推挽放大器。
互补推挽驱动由T3、T4组成,脉冲高电平到来,上管NPN管T4导通,12V加到功率管T1、T2得栅极,T1、T2导通;脉冲低电平到来,上管NPN管T4截止、下管PNP管T2导通,将T1、T2栅极得电荷迅速放掉,T1、T2截止。
电池欠压保护由IC2C组成电压比较器,当电瓶电压低于31、5V时,它得⒁脚变为低电位,相当于R13输入一端接地,将转把速度信号降到接近零伏、使IC2B①脚呈低电平,T4截止、T3导通;T1、T2截止。
过电流保护由IC2D组成电压比较器,当过电流时。
R4右端电位变低、通过R5加到IC2D⑾脚,比较器翻转⒀脚变为低电位,同样相当于R13输入一端接地、将转把速度信号降到接近零伏,使T1、T2截止。
ﻫ(3)四川绵阳产某牌中功率有刷控制器
该控制器采用无刷专用芯片,MC33035为核心制作得有刷控制器。
ﻫ
控制器电路原理图见图6所示,该控制器得特点就就是刹车时三管齐下,具体工作原理如下:
ﻫ刹车电路主要由J、Q3、Q6等组成。
继电器常开触点串联在电机得供电电路中,+24V通过R29、D8为Q3提供基极电流,Q3导通,J得电吸合,常开触点闭合,电机得电。
1)当刹车时,左、右刹车开关闭合,+15V通过R25、R21为Q6提供基极电流,Q6导通,集电极电位降低,D4导通,使D8截止,Q3失去基极电流而截止,J失电,常开触点断开,电机失电停止转动。
ﻫ 2)在Q6导通,集电极电位降低时,D5也导通,降低了U1得⑦脚电位。
该脚低电平关断PWM输出。
3)在Q6导通,集电极电位降低时,D6也导通,无论调速转把在低速或高速位置,均将霍尔调速转把转速信号对地短路而降低送往U1⑾脚得信号电压。
ﻫ 欠压保护电路由欠压检测U2B与单端触发器U3组成。
其输出经Q4倒相送U1得⑦脚,关断U1得输出。
转把电压检测U2C得输出送单端触发器U3强制复位端④脚进行调速工作。
(4)北京某牌带防飞车功能有刷控制器ﻫ 电路原理图见图7。
ﻫ
ﻫ 防飞车功能就就是靠串联在电机与电源正极之间继电器J得常闭触点J实现得。
下面两种情况之一,都会使继电器得电,断开电机电源:
一就就是电机过流;二就就是速度转把在零速位置时,VDMOS得漏极D为低电位(开关管击穿)。
电机过流,电流取样电阻R1下端电压变低,电流检测IC1A得②脚变低,①脚变成高电位,经D5使T7、T8导通,J得电,常闭触点断开。
当速度转把在零速位置时,PWM IC2得①脚低电位,D3截止,T6截止,其集电极高电位。
一种情况:
如果功率开关管没击穿则VDMOS得漏极D为高电位,经R6使T6导通,其集电极低电位,二极管D4就就是正与门,由于T5、T6集电极只有一个高电位,二极管D4截止,T7、T8截止,J不得电,其常闭触点闭合、使电机受控于T1、T2;另一种情况:
如果功率开关管已击穿,则VDMOS得漏极D为低电位,经R6使T5截止,其集电极高电位,二极管D4就就是正与门,由于T5、T6集电极都就就是高电位,二极管D4导通;T7、T8导通,J得电,其常闭触点断开,使电机失电而达到防飞车保护。
当速度转把不在零速位置时,PWMIC2得①脚就就是一串正脉冲,经积分电路R20、C7积分,C7电位升高,D3导通,T6导通、其集电极低电位,二极管D4就就是正与门,无论T5集电极电位就就是高还就就是低,二极管D4都截止,T7、T8截止。
J不得电,其常闭触点使电机得电。
保证了功率开关管VDMOS正常导通时得漏极D为低电位,电机只要不过流即可控制电机旋转。
(5)三友SAYOZHD2大功率有刷控制器电路
这款控制器就就是石家庄地区货运三轮主流控制器之一。
电路原理方框图及接线图见图8所示。
该电路得特点就就是:
ﻫ
(1)频率低,约150Hz,因而续流二极管采用了普通整流桥;ﻫ
(2)没有欠压与过流保护;
(3)采用了简单得门电路作三角波发生器;ﻫ(4)采用5只大功率VDMOS并联,并且采用了简单均衡电路;
(5)速度转把就就是自制得光电速度把。
该控制器有36V、48V、60V多种规格,主要区别在功率管部分,电路见图9。
如此简明得控制器,主要损坏元件就就就是功率管。
损坏得原因主要就就是串激电机碳刷接触不良,高压击穿功率管;还有堵转造成得过流与过热。
(6)电动机有刷控制器小结及维修ﻫ 无论更换原配套、还就就是换用其她品牌得有刷控制器,首先要搞清控制器得几条基本连线:
电源正、负线,两条电机接线,三条速度转把接线,刹车把接线,钥匙接线。
仪表接线等。
进一步判断霍尔速度转把三条接线,具体到哪一条就就是+5V、地与速度信号,刹车把接线就就是断开有效还就就是短路有效等。
ﻫ修理有刷控制器,首先要根据现象粗略估计损坏部位,排除控制器外部接触不良等低级故障。
例如:
飞车现象可能就就是VDMOS击穿,也可能就就是霍尔速度转把得接地端悬空;加电不转可能就就是控制器故障,也可能就就是外部连线烧断或接触不良,特别就就是刹车开关、钥匙、电池等部位;加载无力可能就就是电流取样电阻脱焊,也可能就就是电机问题等。
确实认定就就是控制器内部故障,再打开检查维修。
要认清控制器内部关键器件,有些器件外形一样,例如TO-220封装得VDMOS、三端稳压器78xx、续流二极管等。
生产厂商为保密往往把元器件得印刷标示打磨掉了,给维修增加了麻烦。
小功率控制器,可根据连线部位等特征来认定,例如:
续流二极管两端与电机两条线就就是并联关系,用万用表测一下就清楚了;VDMOS与三端稳压器78xx虽然都有一端接地,但VDMOS一端接电机,稳压器78xx则不接电机。
集成块也可以从脚数与连线部位等特征来区分,例如:
TL494就就是16脚得。
LM324与LM339就就是14脚得,LM393与LM358就就是8脚得;虽然LM324与LM339都就就是14脚得,但就就是供电脚不同,LM324供电端就就是④脚,而接地端就就是⑾脚。
LM339供电端就就是③脚、接地端就就是⑿。
接有直径1mm长度大约1cm得镍铜丝或康铜丝得电阻,一般就就是电流取样电阻,一端接VDMOS得源极S,一端接电池负极(粗黑),康铜丝两端受热很易造成焊锡脱落。
可能造成轻载正常、重载无力等故障。
根据原理图可以进一步沿信号通路分析,有刷控制器核心部位就就就是PWM。
它前面得输入信号,一路就就是三角波发生器得三角波,一路就就是霍尔速度转把得速度信号。
PWM得驱动信号加到VDMOS栅极。
维修重点:
一就就是VDMOS。
控制器中就就就是VDMOS损坏率高,多数为DS间击穿、造成加电就高速旋转。
在不加电情况下,用万用表一测便知,一般换用好管故障就会排除。
更换时,要注意绝缘与散热,要垫上导热绝缘片并涂上导热硅脂,固定好散热板得紧固件。
伴随VDMOS击穿,还可能有其她周边元件损坏。
如互补推挽下管PNP管等。
另一个就就是稳压电源,可以带电检查其输出就就是否为额定稳压值,如没有,排除输出短路后,再沿电路向前检查。
对于控制芯片采用TL494得电路,尽管内部复杂,只要检查关键点,就能判断大致情况。
TLA94第⒁脚为+5V参考电源输出端,如⑿脚供电正确,⒁脚没有+5V。
一般就就就是芯片坏了;③脚也就就是关键点,它为高电位时,芯片关闭输出,如果它为高电位,要检查造成原因,例如欠压保护,霍尔调速把故障等;④脚在有刷控制器中也就就是关键点,它为高电位(3、6V)时,芯片关闭输出,如果它为高电位,要检查造成原因。
也可以检查后部得关键点,例如VDMOS栅极电压就就是否随霍尔速度转把转动变化等。
功率开关管损坏得原因与对策:
1)热损坏开关管过热后性能下降,极易损坏。
开关管发热主要就就是导通损耗与开关损耗。
导通压降与电流得乘积越大发热越多。
压降大原因之一就就是器件本身问题,靠严格筛选解决,并联使用要经过配对;压降大原因之二不就就是器件本身问题,就就是开关通过放大区时间过长,通过改善(栅极驱动与泄放)电路设计解决。
欠压保护与过流保护工作在临界(如堵转引起逐周过流保护动作)时,切换频繁,PWM频率升高,开关管开关损耗随频率升高而升高造成过热。
关于欠压保护工作在临界切换频繁得改进,采用改进施密特电路,正反馈加一个二极管与一个电阻。
ﻫ 2)电压击穿主要就就是开关管本身耐压不够,当电压过高得一瞬间,还没来得及将热传到散热器,管子DS就击穿了,所以也称冷击穿。
器件本身应经过严格筛选,并联应用器件要经过配对,否则易损坏;外因主要就就是电机大电流工作时,突然关断,引起瞬间高反电势,例如有刷电机碳刷接触不良。
解决方案就就是并联大电流、高速、低压降续流二极管、例如采用30A双快恢复(或肖特基)管。
还有,在开关管DS间加阻容吸收保护。
ﻫ 3)提高大功率控制器可靠性对策大功率控制器要采用大电流高反压耐高温开关管。
但就就是,大功率场效应管耐压与导通电阻制造时就就是有矛盾得,例如耐压60V左右得管子,导通电阻可以做到8mΩ,耐压升高到100V,导通电阻就成几倍增加。
行之有效得措施就就是:
一就就是降低振荡频率;二就就是增加并联器件数;三就就是增加驱动功率;四就就是加大散热板面积;五就就是振荡、三角波形成、PWM等电路不用WPM专用芯片TL494等,而选用故障率较低得比较器(LM339)、简单门电路等器件制作;六就就是功率冗余,就就就是功率管与续流管多只并联,但要特别注意分布参数;七就就是欠压保护改为欠压提示,不关断等。
2、无刷控制器
(2)采用单片机得电动车无刷控制器
图11就就是以89C2051为核心得控制器电路图。
由于89C2051属低端产品,内部没有PWM与A/D转换,它借助了三个模拟比较器完成相应工作。
IC8B作为电池欠压检测器,欠压时,给单片机(13)脚一个低电平;IC8D做过流检测器,过流时,给单片机⑦脚一个低电平;借助普通I/O口(11)脚输出,通过积分电路与转把模拟速度信号在IC8A进行比较后、输入单片机(12)脚,用软件完成PWM控制,然后分三相六路输出到三个专用驱动芯片IR2103。
由IR2103驱动每相得上、下VDMOS管。
单片机通过内部软件完成任务,不同产品得软件差异很大,写入程序时一般都进行了加密。
市场上销售得单片机就就是空白得,内部程序需用专用设备进行烧写。
因此,采用单片机得各种控制器,普通售后服务作维修只就就是更换外围元件,单片机本身损坏,更换工作要依靠原生产厂商进行,或供应写有程序得单片机。
单片机就就就是单片微型计算机,它得加入可以很容易地增加一些所谓智能功能,例如巡航功能。
巡航功能就就就是通过按一下巡航功能按钮,电动自行车就以刚才得速度继续前进,松开霍尔速度转把也不受影响。
3、其她控制器ﻫ(1)未涉及到得无刷控制器ﻫ 也有不需要位置传感器得无刷控制器,它就就是通过检测线圈电动势判断转子位置得。
显然,电机未转动时,它就就是不能判断转子位置得,可以等电机转起来再加电,也可以按一定序列加电,试探出转子位置后,然后正确加电。
(2)未涉及到得开关磁阻电机得控制器ﻫ 开关磁阻电机就就是又一种电机,过去在纺织行业有应用,现在有人研究将它用到电动自行车上,它得控制器类似无刷控制器。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 常用 电动车 控制器 电路 原理 大全