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电动车 控制器 有关 资料

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第 2 2 卷第3 期 2 0 0 6年 9月 沧州师范专科学校学报 J o u rn a l o f Ca n g z h ou Te a c h e r s Col l e g e NO 3 Vo 1 2 2 Se p 2 0 0 6 小型电动车控制电路中的几个设计问题 曲振 江 ( 沧州师专 物理与电子信息 系，河北 沧州 0 6 1 0 0 1 ) 摘要：提 出了一套小型电动车控制电路中针对功率场效应 M O S F E T管的保护 电路设计方案。指出只要能保 证控制电路中 M O S F E T管的安全，就能保证电动车在运行中的安全。详细介绍了我们设计的小型电 动车控制电路中针对功率场效应 M O S F E T管过热，过流 ( 短路 )和失控保护电路的保护原理和具体 电路 。 关键词：电动车；M O S F E T管；过热保护；过流保护 ；失控保护 中图分类号：T M 9 2 1 0 2 文献标识码 ：A 文章编号：i 0 0 8 4 7 6 2 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 0 4 6 0 2 目前，由于能源和环境问题 日益受到人们的重视 ，小型电 动车在社会上的保有量日益增多。但据本人观察 ，这些车辆的 控制电路设计大多没有采取足够的保护措施，在使用中极易引 发一些由MO S 失效引发的安全事故。因此本人在这里提 出几个小型电动车控制电路设计中有关保护问题的设汁方案。 一、总体电路结构 由于小型电动车辆所需功率一般在 I k W 上下 ，故大多数 由蓄电池供电，采用由大功率场效应管 MOS F E T构成的斩波 电路调整电机电压进行车辆的速度控制” 。只要我们能有效地 控制 MOS F E T的栅极电压 ，就能达到控制车速的目的。我们 设计的控制电路可以用如图一所示的方框图表示，其中的过热 过流 ( 短路 )和失控保护都是独立起作用不会相互影响 ，同时 还具有短路和防电源反接保护作用。 图一控制电路结构框图 C ha r t l T he F ra Ae o t C o r r ol C i re ut 二、缓冲级与过流 ( 短路 )保护电路 由电动车的操纵控制装置产生的控制电压 与由三角波发 生器产生的三角波电压经比较器比较后， 得到的便是个频率 固定而占空比可调的矩形脉冲信号 。这个信号即是用来对 电 动车车速进行控制的脉冲。为加强对 MO S F E T管的保护 ，我 们在比较器和 MOS F E T管之间增加了个由 5 5 5电路构成的 缓冲级，如图二所示 ，比较器输出的调速脉冲作为 5 5 5电路的 输入 u ，经 5 5 5电路反相缓冲后的输出 U 0 去控制 MOS F E T 图二缓冲与过流 ( 短路)保护级 C h a r t 2 A m b l e a nd 0 r e r C u r r e n t( S h o r t C i r c u i t ) P r o t e c ti o n 管，实现 电动车的速度控制。 如图所示 ， MO S F E T管的漏极连接直流电动机，由于电阻 R 2和二极管 D1支路的存在 ，可以使晶体管 B GI 的集电极电 压反映 MO S F E T管漏极电压的变化。但由于晶体管 B G I的基 极经电阻 R 1连接到 5 5 5电路的输入端，故只有当 5 5 5电路的 输入为低 电平、输出为高电平，既 MO S F E T管导通时晶体管 B GI 才截止， 其集电极便能反映 MOS F E T管漏极电压的变化， 并经 R 3 D2 并联支路连接到由晶体管 B G 2 、B G 3构成的4 端 晶闸管的输入端。晶体管 B G3 发射极的电阻 R 5和稳压-5管 D 3串联支路用于降低使该四端品闸管导通的基极电压，电阻 R 4与电容 Cl 并联支路具有反时限控制作用。当电动车正常运 行时，MO S F E T管漏极的导通压降不会超过规定值 ，晶体管 B G 2即使导通也不会使其集电极电压 u 下降到 5 5 5电路复位 端的复位 电压以下。5 5 5电路的输出电压会随着比较器输出电 压 U 的变化而变化 ，整个控制电路正常工作。 收稿 日期：2 0 0 6 - 0 3 - 2 8 作者简介 ：曲振江( 1 9 5 s 一) ，男河北东光人 沧州师范专科学校物理 与电子信息系副教授。 4 6 维普资讯 但当电动车运行异常出现过电流时， MO S F E T管漏极电压 将高于规定值 ，就会引发 4端晶闸管内部的正反馈过程 ，使晶 体管 B G2的集电极电压接近为 0 ，迫使 5 5 5电路输出低 电平， 停止电动车的运行。过电流程度越强 ， MOS T管的导通压降 越高，晶体管 B G 2的集电极电压下降越快 ，引发 4端晶闸管 内部的正反馈过程出现所需时间就越短，这既是反时限作用。 如果过流现象只是瞬间出现，在 4端晶闸管内部的正反馈过程 出现之前过流消失，则这个过流保护动作将被终止。此正反馈 过程一旦被触发将一直维持下去，只有重新开启电源才能恢复 正常。 如果 电路发生严重过流或短路， MOS T管的导通压降将 达到使稳压二极管 D2导通的程度， 为晶体管 B G 2提供足够大 的基极电流， 可使 4端晶闸管迅速导通 ， 5 5 5电路输出低电平， MO S F E T管快速切断主电路，停止电动车运行。 三、过热保护电路 为增加对 MOS F E T的过热保护， 我们又设计了个由 5 5 5 电路构成的电路，如图三所示，其中输出端为放电端 ( 7端 ) ， 与过流保护电路的 5 5 5电路复位端相连，它是个集电极开路 输出端，其输出取决于热敏电阻上的电压 u 。 图三过 热保护电路 图四失控保护电路 C h a r t 3 0 v 0 r H e a t P r o t e c t 1 0 n C 1 r c ui t C h a r t d L a s t C o n t r o l P r e t e i o n C i r c u 1 t 该电路中， MO S F E T的工作温度由热敏 电阻 R 进行检测， 当 MOS F E T的工作温度发生变化时，热敏电阻的阻值和它上 面的电压 u 均随之发生变化。如果 MOS F E T的工作温度在规 定的正常范围内，则热敏电阻上的电压 u 不会超过 5 5 5电路 的上限阂值电压 u + ，则放电端处于高阻态，不会对过流保护 电路有任何影响。但当 MOS F E T管的工作温度一旦超过规定 的正常范围，则热敏电阻上的电压 u 将会超过 5 5 5电路的上 限阈值电压 U + ，5 5 5电路的放电端导通，使过流保护电路动 作 ， 最终停止电动车运行。电动车停止运行以后 ， MOS F E T管 的温度会逐步降低，热敏电阻的阻值和它上面的压降 u 亦逐 步下降，当 u 下降到 5 5 5电路的下限阈值 电压 u 一 以后， 它的 放 电端就又会恢复到高阻状态，电动车即可恢复正常运行。可 见这种过热保护电路还具有滞回特性。 四、失控保护电路 对于功率场效应管 MOS F E T， 许多资料都介绍它不存在二 次击穿现象， 但在实际使用中， MOS F E T管失效的现象却时有 发生 ，且失效的表现与双极性晶体管的二次击穿现象完全一 致。这种失效的机理是什么，我们觉得还是个有待研究的问 题。在电动车的控制电路中设置过热和过流保护电路，可以有 效地减少 MOS F E T管失效的机会，但不可能完全杜绝这种现 象的发生。电动车辆一旦出现 MOS F E T管失效的现象 ，其速 度将失去控制，以最高车速横冲直撞，极易引发安全事故。因 此 ，电动车的控制电路在设置过热和过流保护的基础上，再增 设失控保护电路是非常必要的。 电动车失控之时，既是 MO S F E T管失效之际，其特征就 是在没有驱动信号时，MOS T管也处于导通状态，在通过较 大漏极电流时漏极电压仍然很低。利用这个特征，我们就可使 用个异或门同时检测 MO S F E T管的驱动信号和它的漏极电 压，在他们都是低电平时输出个控制信号，切断电动车的主 电路即可 ( 具体电路见左侧图四 ) 。 图中，J为直流接触器，他的主触点串联在电机 电路中， 吸引线圈经二极管 D2 接失控保护场效应管 B T 2 。在 电动车正 常运行时， MO S T管的驱动电压和漏极电压互反，异或门输 出高电平， 场效应管 B T 2处于导通状态， 接通直流接触器吸引 线圈的电源，电动车正常运行。在电动车的运行过程中一旦出 现 MOS F E T管失效现象，异或门的输出会及时转换成低电平 ， 控制场效应管 B T 2截止， 直流接触器断开电动机电源 ， 控制车 辆停车 ，避免事故发生。 电路中二极管 D2的作用在于 ，当车辆电源的正负极性不 慎接反时，使直流接触器的吸引线圈不可能获得电源，因而起 到电源反接保护的作用。通常电动车电机的工作 电压要比控制 电路的工作电压要高，为防止 MO S F E T管的漏极电压过高时 对异或门的伤害 ，因而用一电阻 R和稳压二极管 D1 支路用来 限制异或门过高地的输入电压。 五 、结 语 上面的讨论 ， 是我们的电动车控制电路及保护电路的原理 或者说是设计思路 ，据此设计的实际电路，通过实际试用，证 明性能良好，在各种路况下均能可靠工作。由于实际电路考虑 到了电动车在实际应用中的一些实际问题， 会比上面介绍的要 复杂一些。由于篇幅所限，这里不可能全面介绍电动车控制器 在实际运行中所遇到的各种问题和应对措施。如有希望了解实 际电路的凑者，可直接与我们联系。 参考文献： 1 张涛 电力电子技术 M 北京电子工业出版社，2 0 0 3 2 】阎石 数字电子技术基础 M 】 北京高等教育出版社， 2 0 0 2 3 童诗白，华英成 模拟电子技术基础 M 北京高等教育出 版 社 2 0 0 1 责任编辑：商隶君】 So me Pr o b l e ms i n Co n t r o l Ci r c u i t a b o u t Sma l l Dy na mi c a l Ve h i c l e Q U Z h e n - j i a n g ( P h y s i c s a n d E l e c t r o n i c D e p a r t me n t o f C ang z h o u T e a c h e r s C o l l e g e ， Cang z h o u 0 6 1 0 0 1 ，He b e i ) Abst r act ：A d e s i g n me t h o d i s p u t f o r wa r d a i mi n g a t fin d i n g a p r o t e c t i o n c i r c u i t o f MOS F ET i n s ma l l d y n a mi c al v e h i c l e c o n tro l c i r c u i t T h e s a f e t y o f t h e M OS F Er 、 i 1 l e n s u r e the s afe t y o f the d yn a mi c al v e h i c l e A d e t a i l e d e x p l an a t i o n h a s b e e n ma d e o n the p r o t e c t i o n p r i n c i p l e and a c t u al c i r c u i t s f o r o v e r - h e a t ，o v e r - c u r r e n t( s h o r t c ir c u i t )and l o s t - c o n tr o l p r o t e c t i o n c i r c u i t o f M OS F E T