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部分电动自行车控制器电路详解

时间:2008-06-11   来源:   作者:   点击:……  字体大小:【

    本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路,并指出与其他产品的不同之处及其特点。所列电路均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,达到举一反三的目的。

电动自行车控制器
    目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机,对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器,而一款完善的控制器,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。
    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,是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。

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。
 
    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。
电动自行车控制器电路图 
    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的电压。该电压加到TL494的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⑧脚输出的调宽脉冲,经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494的⑧脚输出的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是电机续流二极管,防止Q2击穿。TL494的⑧脚输出低电平时,Q1、D2导通,Q4截止,Q2导通;TL494的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①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。
    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。
     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
    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,它的输入之一⑥脚,为来自C5上的三角波,输入之二⑦脚,是来自速度转把(J1)①脚的速度信号。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。

(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。
 
    控制器电路原理图见图6所示,该控制器的特点是刹车时三管齐下,具体工作原理如下:
    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的供电电路中,+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。
    2)在Q6导通,集电极电位降低时,D5也导通,降低了U1的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脚的信号电压。
    欠压保护电路由欠压检测U2B和单端触发器U3组成。其输出经Q4倒相送U1的⑦脚,关断U1的输出。转把电压检测U2C的输出送单端触发器U3强制复位端④脚进行调速工作。

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