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1、！电动动自行车车控制器器电路原原理分析析目前流行行的电动动自行车车、电动动摩托车车大都使使用直流流电机，对对直流电电机调速速的控制制器有很很多种类类。电动动车控制制器核心心是脉宽宽调制(PWMM)器，而而一款完完善的控控制器，还还应具有有电瓶欠欠压保护护、电机机过流保保护、刹刹车断电电、电量量显示等等功能。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的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类。关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同
2、类控制器进行直接代换或维修的。 本文分别别介绍国国内部分分具有代代表性的的电动自自行车控控制器整整机电路路，并指指出与其其他产品品的不同同之处及及其特点点。所列列电路均均是根据据实物进进行测绘绘所得，图图中元件件号为笔笔者所标标。通过过介绍具具体实例例，达到到举一反反三的目目的。1.有刷刷控制器器实例(1)山山东某牌牌带电量量显示有有刷控制制器电路方方框图见见图1。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。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+12
3、V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4V1V的电压。该电压加到TL494的脚，与脚电压进行比较，在脚得到调宽脉冲。脚电压越低，脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，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的脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494的脚输出的调宽脉冲低电平部分
4、越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。D1是电机续流二极管，防止Q2击穿。TL494的脚输出低电平时，Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494的脚输出高电平时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速Q2的截止过程，对降低Q2温度有十分重要的作用。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的反相端。蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电压不低于38V时，LED1、LED2、LED3
5、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熄灭时的电压。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的脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的死区控制端脚.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
6、。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的脚。当脚电位高于脚电位时，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。制动保护当刹车制动时，KEY2接通.5V电压加到TL494的死区控制端脚，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
7、转把，Q2栅极为高电平12V。此时在源极对地之间加上0.8V左右的电压，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的脚应为高电平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
8、，保护解除，又恢复工作。如此反复保护-工作-保护的结果会损坏电池和控制器，故应避免出现这种状况。 (2)上海伟显牌控制器使用LM324、LM393和LM339制作的有刷控制器可靠性是很高的，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的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的使用。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：一是加装+5V稳压电源；二是根据原速度信号输出点信号变化规律，选用相应信号变化的霍
9、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。每部分都是独立的.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。脉宽调制器是IC2B，它的输入之一脚，为来自C5上的三角波，输入之二脚，是来自速度转把(J1)脚的速度信号。从IC2B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的栅极，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栅极的
10、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，它的脚变为低电位，相当于R13输入一端接地，将转把速度信号降到接近零伏.使IC2B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IC2D脚，比较器翻转脚变为低电位，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。 (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为核心制作的有刷控制器。控制器电电路原理理图见图图6所示示，该控控制器的的特点是是刹车时时三管齐齐下，具具
11、体工作作原理如如下：刹车车电路主主要由JJ、Q33、Q66等组成成。继电电器常开开触点串串联在电电机的供供电电路路中，+24VV通过RR29、DD8为QQ3提供供基极电电流，QQ3导通通，J得得电吸合合，常开开触点闭闭合，电电机得电电。1)当当刹车时时，左、右右刹车开开关闭合合，+115V通通过R225、RR21为为Q6提提供基极极电流，QQ6导通通，集电电极电位位降低，DD4导通通，使DD8截止止，Q33失去基基极电流流而截止止，J失失电，常常开触点点断开，电电机失电电停止转转动。2)在Q66导通，集集电极电电位降低低时，DD5也导导通，降降低了UU1的脚电位位。该脚脚低电平平关断PPWM输
12、输出。3)在Q66导通，集集电极电电位降低低时，DD6也导导通，无无论调速速转把在在低速或或高速位位置，均均将霍尔尔调速转转把转速速信号对对地短路路而降低低送往UU1脚的信信号电压压。欠压保保护电路路由欠压压检测UU2B和和单端触触发器UU3组成成。其输输出经QQ4倒相相送U11的脚，关关断U11的输出出。转把把电压检检测U22C的输输出送单单端触发发器U33强制复复位端脚进行行调速工工作。 (4)北京某某牌带防防飞车功功能有刷刷控制器器电电路原理理图见图图7。防飞飞车功能能是靠串串联在电电机和电电源正极极之间继继电器JJ的常闭闭触点JJ实现的的。下面面两种情情况之一一，都会会使继电电器得电电
13、，断开开电机电电源：一一是电机机过流；二是速速度转把把在零速速位置时时，VDDMOSS的漏极极D为低低电位(开关管管击穿)。电机机过流，电电流取样样电阻RR1下端端电压变变低，电电流检测测IC11A的脚变低低，脚变成成高电位位，经DD5使TT7、TT8导通通，J得得电，常常闭触点点断开。当速度转把在零速位置时，PWM IC2的脚低电位，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的漏极D为高电位，经R6使T6导通，其集电极低电位，二极管D4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、
14、T2；另一种情况：如果功率开关管已击穿，则VDMOS的漏极D为低电位，经R6使T5截止，其集电极高电位，二极管D4是正与门，由于T5、T6集电极都是高电位，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，PWM IC2的脚是一串正脉冲，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是正与门，无论T5集电极电位是高还是低，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正常导通时的漏极D为低电位，电机只要不过流即可控制电机旋转。 (5)三三友SAAY
15、O ZHDD2大功功率有刷刷控制器器电路这款款控制器器是石家家庄地区区货运三三轮主流流控制器器之一。电电路原理理方框图图及接线线图见图图8所示示。该电电路的特特点是：(1)频率低低，约1150HHz，因因而续流流二极管管采用了了普通整整流桥；(2)没有欠欠压和过过流保护护；(33)采用用了简单单的门电电路作三三角波发发生器；(4)采用55只大功功率VDDMOSS并联，并并且采用用了简单单均衡电电路；(5)速速度转把把是自制制的光电电速度把把。该控控制器有有36VV、488V、660V多多种规格格，主要要区别在在功率管管部分，电电路见图图9。如如此简明明的控制制器，主主要损坏坏元件就就是功率率管
16、。损损坏的原原因主要要是串激激电机碳碳刷接触触不良，高高压击穿穿功率管管；还有有堵转造造成的过过流和过过热。(6)电电动机有有刷控制制器小结结及维修修无无论更换换原配套套、还是是换用其其他品牌牌的有刷刷控制器器，首先先要搞清清控制器器的几条条基本连连线：电电源正、负负线，两两条电机机接线，三三条速度度转把接接线，刹刹车把接接线，钥钥匙接线线。仪表表接线等等。进一一步判断断霍尔速速度转把把三条接接线，具具体到哪哪一条是是+5VV、地和和速度信信号，刹刹车把接接线是断断开有效效还是短短路有效效等。修理理有刷控控制器，首首先要根根据现象象粗略估估计损坏坏部位，排排除控制制器外部部接触不不良等低低级故
17、障障。例如如：飞车车现象可可能是VVDMOOS击穿穿，也可可能是霍霍尔速度度转把的的接地端端悬空；加电不不转可能能是控制制器故障障，也可可能是外外部连线线烧断或或接触不不良，特特别是刹刹车开关关、钥匙匙、电池池等部位位；加载载无力可可能是电电流取样样电阻脱脱焊，也也可能是是电机问问题等。确确实认定定是控制制器内部部故障，再再打开检检查维修修。要认清清控制器器内部关关键器件件，有些些器件外外形一样样，例如如TO-2200封装的的VDMMOS、三三端稳压压器788xx、续续流二极极管等。生生产厂商商为保密密往往把把元器件件的印刷刷标示打打磨掉了了，给维维修增加加了麻烦烦。小功功率控制制器，可可根据
18、连连线部位位等特征征来认定定，例如如：续流流二极管管两端和和电机两两条线是是并联关关系，用用万用表表测一下下就清楚楚了；VVDMOOS和三三端稳压压器788xx虽虽然都有有一端接接地，但但VDMMOS一一端接电电机，稳稳压器778xxx则不接接电机。集集成块也也可以从从脚数和和连线部部位等特特征来区区分，例例如：TTL4994是116脚的的。LMM3244和LMM3399是144脚的，LLM3993和LLM3558是88脚的；虽然LLM3224和LLM3339都是是14脚脚的，但但是供电电脚不同同，LMM3244供电端端是脚，而而接地端端是脚。LLM3339供电电端是脚.接接地端是是。接接有直
19、径径1mmm长度大大约1ccm的镍镍铜丝或或康铜丝丝的电阻阻，一般般是电流流取样电电阻，一一端接VVDMOOS的源源极S，一一端接电电池负极极(粗黑黑)，康康铜丝两两端受热热很易造造成焊锡锡脱落。可可能造成成轻载正正常、重重载无力力等故障障。根据原原理图可可以进一一步沿信信号通路路分析，有有刷控制制器核心心部位就就是PWWM。它它前面的的输入信信号，一一路是三三角波发发生器的的三角波波，一路路是霍尔尔速度转转把的速速度信号号。PWWM的驱驱动信号号加到VVDMOOS栅极极。维修重重点：一一是VDDMOSS。控制制器中就就是VDDMOSS损坏率率高，多多数为DDS间击击穿.造造成加电电就高速速旋
20、转。在在不加电电情况下下，用万万用表一一测便知知，一般般换用好好管故障障就会排排除。更更换时，要要注意绝绝缘和散散热，要要垫上导导热绝缘缘片并涂涂上导热热硅脂，固固定好散散热板的的紧固件件。伴随随VDMMOS击击穿，还还可能有有其他周周边元件件损坏。如如互补推推挽下管管PNPP管等。另另一个是是稳压电电源，可可以带电电检查其其输出是是否为额额定稳压压值，如如没有，排排除输出出短路后后，再沿沿电路向向前检查查。对于于控制芯芯片采用用TL4494的的电路，尽尽管内部部复杂，只只要检查查关键点点，就能能判断大大致情况况。TLLA944第脚为+5V参参考电源源输出端端，如脚供电电正确，脚没有+5V。一
21、般就是芯片坏了；脚也是关键点，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；脚在有刷控制器中也是关键点，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。也可以检查后部的关键点，例如VDMOS栅极电压是否随霍尔速度转把转动变化等。功率率开关管管损坏的的原因和和对策：11)热损损坏开关关管过热热后性能能下降，极极易损坏坏。开关关管发热热主要是是导通损损耗和开开关损耗耗。导通通压降和和电流的的乘积越越大发热热越多。压压降大原原因之一一是器件件本身问问题，靠靠严格筛筛选解决决，并联联使用要要经过配配对；压压降大原原因之二二不是器器件
22、本身身问题，是是开关通通过放大大区时间间过长，通通过改善善(栅极极驱动和和泄放)电路设设计解决决。欠压压保护和和过流保保护工作作在临界界(如堵堵转引起起逐周过过流保护护动作)时，切切换频繁繁，PWWM频率率升高，开开关管开开关损耗耗随频率率升高而而升高造造成过热热。关于于欠压保保护工作作在临界界切换频频繁的改改进，采采用改进进施密特特电路，正正反馈加加一个二二极管和和一个电电阻。2)电压击击穿主要要是开关关管本身身耐压不不够，当当电压过过高的一一瞬间，还还没来得得及将热热传到散散热器，管管子DSS就击穿穿了，所所以也称称冷击穿穿。器件件本身应应经过严严格筛选选，并联联应用器器件要经经过配对对，
23、否则则易损坏坏；外因因主要是是电机大大电流工工作时，突突然关断断，引起起瞬间高高反电势势，例如如有刷电电机碳刷刷接触不不良。解解决方案案是并联联大电流流、高速速、低压压降续流流二极管管.例如如采用330A双双快恢复复(或肖肖特基)管。还还有，在在开关管管DS间间加阻容容吸收保保护。3)提高大大功率控控制器可可靠性对对策 大大功率控控制器要要采用大大电流高高反压耐耐高温开开关管。但但是，大大功率场场效应管管耐压和和导通电电阻制造造时是有有矛盾的的，例如如耐压660V左左右的管管子，导导通电阻阻可以做做到8mm，耐耐压升高高到1000V，导导通电阻阻就成几几倍增加加。行之之有效的的措施是是：一是是
24、降低振振荡频率率；二是是增加并并联器件件数；三三是增加加驱动功功率；四四是加大大散热板板面积；五是振振荡、三三角波形形成、PPWM等等电路不不用WPPM专用用芯片TTL4994等，而而选用故故障率较较低的比比较器(LM3339)、简单单门电路路等器件件制作；六是功功率冗余余，就是是功率管管和续流流管多只只并联，但但要特别别注意分分布参数数；七是是欠压保保护改为为欠压提提示，不不关断等等。2.无刷刷控制器器(2)采采用单片片机的电电动车无无刷控制制器图111是以889C220511为核心心的控制制器电路路图。由由于899C20051属属低端产产品，内内部没有有PWMM和A/D转换换，它借借助了三
25、三个模拟拟比较器器完成相相应工作作。ICC8B作作为电池池欠压检检测器，欠欠压时，给给单片机机(133)脚一一个低电电平；IIC8DD做过流流检测器器，过流流时，给给单片机机脚一个个低电平平；借助助普通II/O口口(111)脚输输出，通通过积分分电路和和转把模模拟速度度信号在在IC88A进行行比较后后.输入入单片机机(122)脚，用用软件完完成PWWM控制制，然后后分三相相六路输输出到三三个专用用驱动芯芯片IRR21003。由由IR221033驱动每每相的上上、下VVDMOOS管。单片片机通过过内部软软件完成成任务，不不同产品品的软件件差异很很大，写写入程序序时一般般都进行行了加密密。市场场上
26、销售售的单片片机是空空白的，内内部程序序需用专专用设备备进行烧烧写。因因此，采采用单片片机的各各种控制制器，普普通售后后服务作作维修只只是更换换外围元元件，单单片机本本身损坏坏，更换换工作要要依靠原原生产厂厂商进行行，或供供应写有有程序的的单片机机。单片片机就是是单片微微型计算算机，它它的加入入可以很很容易地地增加一一些所谓谓智能功功能，例例如巡航航功能。巡巡航功能能就是通通过按一一下巡航航功能按按钮，电电动自行行车就以以刚才的的速度继继续前进进，松开开霍尔速速度转把把也不受受影响。3.其他他控制器器(1)未涉及及到的无无刷控制制器也有不不需要位位置传感感器的无无刷控制制器，它它是通过过检测线线圈电动动势判断断转子位位置的。显显然，电电机未转转动时，它它是不能能判断转转子位置置的，可可以等电电机转起起来再加加电，也也可以按按一定序序列加电电，试探探出转子子位置后后，然后后正确加加电。(2)未未涉及到到的开关关磁阻电电机的控控制器开关关磁阻电电机是又又一种电电机，过过去在纺纺织行业业有应用用，现在在有人研研究将它它用到电电动自行行车上，它它的控制制器类似似无刷控控制器。