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江西能源2 0 0 8 ( 3 )一种基于 T L 4 9 4 控制芯片的电动自行车控制系统陈先保1王俐2( 1 .江西省工业设备安装公司,江西南昌3 3 0 0 2 9;2 .南昌大学 信息工程学院,江西南昌3 3 0 0 3 1)摘要:在分析电动车控制系统的工作原理的基础上,设计了一种基于T L 4 9 4控制芯片的电动车控制系统。该系统能较好地完成电动车的控制功能,并且结构简单,价格低,性能稳定。本文所设计的电动车系统具有节能,结构简单,功能全面等优点。关键词:T L 4 9 4、脉宽调制、电动车中图分类号:T M 9 7文献标识码:B文章编号:1 0 0 5 -7 6 7 6(2 0 0 8)0 3 -3 5 -0 3D e v e l o p me n t o f L i g h t E l e c t r i c V e h i c l e B a s e d o n T L 4 9 4 C o n t r o l C h i pC H E NX i a n - b a o1WA N GL i2( 1 . J i a n g x i I n d u s t r i a l E q u i p m e n t I n s t a l l a t i o n C o m p a n y , N a n c h a n g 3 3 0 0 2 9 , C h i n a;2 . I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g C o l l e g e , N a n c h a n g U n i v e r s i t y , N a n c h a n g 3 3 0 0 3 1 , C h i n a )A b s t r a c t : T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a d e v e l o p m e n t o f l i g h t e l e c t r i c v e h i c l e b a s e d o n T L 4 9 4 c o n t r o l c h i p . A f t e r t h e d e v e l o p m e n t a n dt h e p r i n c i p l e o f t h e l i g h t e l e c t r i c v e h i c l e w o r k i n g w a s a n a l y z e d , t h e c o n t r o l s y s t e mi s p r o v i d e d w h i c h h a s l o wc o s t a n d s t e a d yp e r f o r m a n c e . T h e d e s i g n o f t h i s s y s t e mi s c h a r a c t e r i s t i c o f e n e r g y - s a v i n g , s i m p l e s t r u c t u r e a n d f u l l - f e a t u r e d .K e y w o r d s : T L 4 9 4 , p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n , l i g h t e l e c t r i c v e h i c l e1前言 1 2 随着全球石油资源的日益紧张,人们对交通工具节能性能的要求也越来越高。因此,发展电动车,替代燃油车,是未来交通的发展方向。电动车辆在使用过程是以电力为动力,其最大的特征是没有尾气污染,符合保护环境的特征。以计算摩托车尾气排放情况为例,按较高水平的欧标准限值保守估算,摩托车每公里有害物质净值排放分别为:一氧化碳5 . 5克,碳氢化合物1 . 2克,氮氧化合物0 . 3克,仅此三项合计为7克。年行驶1万公里,则排放有害物质净值7 0公斤,8年寿命则总排放5 6 0公斤,因此,仅以电动车代替摩托车的环境效益就十分明显了。2 0 0 5年全国轻型电动车总产量若为1 0 0 0万辆,就可以减少有害物质总排放5 6 0万吨。2电动车控制系统的工作原理电动车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆,它包括电动汽车、电动摩托车和电动自行车等。现代电动车具有清洁无污染、动力源多样化、能量转换效率高、结构简单、使用、维修方便等特点,被称为“2 1世纪的绿色环保车” 。投稿时间:2 0 0 8 - 0 5 - 0 8作者简介:陈先保( 1 9 6 4 - ), 男,江西南昌人,工程师,研究方向工业自动化。研究与探讨研究与探讨3 5江西能源2 0 0 8 ( 3 )电动车控制系统 3 4 主要指电机驱动电路,它分两部分:一是控制电路,一是功率电路。控制电路工作在低电压、小电流状态,不宜带动较大功率电机,用控制电路直接驱动车用电机,必须用功率型专用集成电路,这会造成成本过高。一般由驱动电路P WM控制功率管的开关,以方波占空比控制得到不同的平均电压,使电机调速,控制电路工作电压比功率电路工作电压低,功率电路则另外采用电机的额定工作电压,所以电压与控制电路不同,在技术上称电瓶转移,两者虽用同一电源但要分别供电。控制器技术发展之快使电动机控制水平不断提高,从最早的电阻式笨重控制,进化到电子元器件组成的模拟控制电路,后来是专用集成电路,控制技术已经相当得心应手。现在又开发出D S P专用控制技术,使电动机控制达到更高水平。3电动自行车控制器芯片的选用本课题设计的电动自行车控制系统选用T L 4 9 4芯片 5 ,是因为其具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。T L 4 9 4的内部电路(如图1 )由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。其中1、2脚是误差放大器的同相和反相输入端;3脚是相位校正和增益控制;4脚为间歇期调理,其上加0 3 . 3 V电压时可使截止时间从2 %变化到1 0 0 %。5、6脚分别用于外接振荡电阻R T和振荡电容C T,以确定振荡器产生锯齿波的频率f o s c;(3)式中,R T和C T的取值范围:R T = 5 1 0 0 k ,C T = 0 . 0 0 1 0 . 1 F。7脚为接地端;8、9脚和1 1、1 0脚分别为T L4 9 4内部两个末级输出三极管集电极和发射极;1 2脚为电源供电端;1 3脚为输出控制端,该脚接地时为并联单端输出方式,接1 4脚时为推挽输出方式;1 4脚为5 V基准电压输出端,最大输出电流1 0 m A;1 5、1 6脚是误差放大器的反相和同相输入端。4基于T L 4 9 4控制芯片的电动自行车控制系统的实现本课题主要对基于T L 4 9 4芯片的电动自行车的控制器进行研究,具体实现原理如图2所示:图1T L 4 9 4内部结构图图2基于T L 4 9 4芯片的电动自行车控制器的原理框图研究与探讨3 6江西能源2 0 0 8 ( 3 )在交流调速系统设计中,在保证系统指标的前提下,应以系统结构简单、成本低、技术成熟、维护工作量小为目标来选择最佳的系统配置。应克服追求高新技术的系统配置,造成投资高、维护工作量大。选用变频装置的原则是根据负载及工艺条件确定变频装置的控制算法,在保证系统的技术指标前提下尽可能减少工程投资。参考文献u / f控制转差频率控制矢量控制直接转矩控制调速范围1:1 01:2 01:1 0 01:1 5 0动态性能较差5 1 0 r / s达1 0 0 0 r / s达1 0 0 0 r / s调速精度随负载大小而变,由s确定精度较高,受速度检测影响模拟:s 0 . 3 %数字:s 0 . 0 2 %模拟:s 0 . 1 %数字:s 0 . 0 1 %系统结构简单,成本低简单,价格适中复杂,成本较高复杂,成本最高应用范围风机、泵类负载风机、泵类负载精度要求较高的场合精度要求较高的场合以上讨论的以上讨论的4种控制方法的控制特性的技术指标见下表:表1变频调速控制策略的比较陈伯时.电力拖动自动控制系统 M .北京:机械工业出版社, 1 9 9 1许大中.交流电机调速理论 M .浙江:浙江大学出版社, 1 9 9 1A . M u n o z - G a r c i a , T . A . L i p o , D . W. N o v o t n y . An e wi n d u c t i o nm o t o r V / fc o n t r o l m e t h o d c a p a b l e o f h i g h - p e r f o r m a n c e r e g u l a t i o n a t l o ws p e e d s .I E E ET r a n s a c t i o n s o n I A , 1 9 9 8 , 3 4 ( 4 ) : 8 1 3 8 2 1赵朝会.现代交流调速技术的发展与现状 J .中州大学学报,2 0 0 4 ( 4 ) : 1 2 2 1 2 5V . A m b r o z i , M . B e r t o l u z z o , G . S . B u j a , e t a l . A na s s e s s m e n t o f t h ei n -v e r t e r s w i t c h i n g c h a r a c t e r i s t i c s i nD T Ci n d u c t i o nm o t o r d r i v e s . I E E ET r a n s a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s , 2 0 0 5 , 2 0 ( 2 ) : 4 5 7 - 4 6 5 1 2 3 4 5 控制芯T L 4 9 4根据输入的位置信号,手柄电压信号,刹车信号,欠压信号,产生P WM输出信号,已控制功率驱动电路,从而达到控制电机目的。同时,根据功率驱动电路的电流取样,可以实现对控制电路的反馈控制,从而使整个控制系统运行稳定。电动自行车在全天候条件下行驶,尤其是在雨季或南方湿度较大的气候条件下行驶,控制器易受潮而损坏,在结构设计上采用环氧密封灌注或硅胶密封处理是行之有效的办法之一。由于该控制系统利用P WM技术,通过对电力电子器件占空比的控制来调节电机的转速,该方法具有结构简单、系统输出电压和电流稳定以及能耗低等优点。5结束语“绿色”个人代步交通工具,以其方便机动、价格适中、低噪声以及操作维护简单焕发出生命力,受到越来越多城市消费者的青睐。由于T L4 9 4集成芯片具有优良的工作性能和抗干扰能力强、结构简洁、可靠性好等特点,在电动自行车控制系统中得到广泛应用。参考文献 1 2 3 4 5 中国轻型电动车发展战略研究课题报告 M .
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