电动车维修技巧第四章第九节ZLC.doc

第四章第九节ZLC-WTA无刷直流电动机控制器ZLC-WTA无刷直流电动机控制器采用贴片元件构成，使整个电路体积减小，它以无刷直流电动机专用控制芯片MC33033为核心，以分立元件构成三相逆变桥上管驱动，由NE555及外围件构成51V上管驱动电源，包括过流、欠压等保护功能，是一款低成本高性能的无刷直流电动机控制器。电路原理见图4-21。一、MC33033无刷直流电动机专用处理芯片，内部等效电路见图4-7，它是从MC33035控制集成电路发展而来，与之不同之处在于没有分离驱动电源和接地引脚。MC33033具有欠压锁定，用可选时延锁存关断模式的逐周限流，内部热关断保护功能，其内部电路工作原理见第八章第十一节MC33033详细介绍二、 51V驱动电源产生电路由NE555、7806、Z3、D15、D16等元件构成51V产生电路，利用NE555、R40、C45构成多谐振荡器，把直流电变成矩形脉冲，从NE555脚输出，通过D15、D16倍压整流、C20滤波后，在二极管D16阴极与地之间产生51V驱动电源，其工作原理详见第七节DC-DC直流变换电路。三、 保护电路LM358及外围件完成欠压、过流保护功能。R33、R34、R35、R36、R37、R38、LM358中A1运放等构成欠压保护电路。R37、R38对5V基准电压分压形成参考电压加到LM358 中A1运放反相输入端脚；R33、R34、R35对36V主电源进行分压，形成取样电压，加到LM358中A1运放同相输入端脚，取样电压与参考电压经A1比较，从脚输出。当36V主电源电压高于欠压值31.5V时，脚电压高于脚电压，运放同相端电压高于反相端电压，脚输出高电平，D14截止，欠压保护电路不影响控制芯片工作；反之，电源电压低于欠压值时，LM358中A1运放同相端电压低于反相端，脚输出低电平，D14导通，MC33033脚被置低电平，控制芯片无驱动信号输出，电动机停止供电，防止蓄电池过放电。过流保护电路由RS、R27、C16、R28、R29、R30、LM324中运放A2等构成过电流保护电路，MC33033中脚接地，其内部过流电路不起作用。正常时，流过RS的电动机电流产生的电流取样电压送到LM324脚，小于脚比较电压，脚输出高电平，D13截止，过流保护电路不影响MC33033正常工作；当电机电流过大时，RS两端产生的过流取样电压升高，LM324脚反相端电压高于脚同相端电压，LM324中A2运算放大器翻转，脚输出低电平，D13导通，MC33033脚被置低电平而无驱动脉冲信号输出，V1V6截止，电机停止供电，保护V1V6，防止蓄电池过放电。四、驱动电路1、 三相下管驱动电路。从MC33033的、脚分别输出A相、B相、C相下管驱动信号，从、脚分别输出A相、B相、C相上管驱动信号。经R7、R8、R9直接驱动三相逆变桥下管V1、V3、 V5的栅极。当A相下管输出励磁信号，脚内部推挽输出电路中NPN型上三极管导通，PNP型下三极管截止，15V电源通过导通的上三极管从脚输出高电平经R7加到V1栅极，V1饱和导通；当A相下管停止励磁输出时，脚内部推挽输出电路中NPN上三极管截止，PNP型下三极管饱和导通，V1栅极存储的电荷迅速释放，加速V1截止，减少V1关断损耗。逆变桥下管V1励磁时，电动机A相绕组电流流出，经V1到地。B相、C相下管输出励磁信号与A相一样：励磁时、脚分别输出高电平；停止激励时、输出低电平，控制逆变桥B相、C相下桥臂场效应管V3、V5导通与截止，电动机B相、C相绕组电流流出，分别经V3、V5到地。2、 上管驱动从MC33033的、分别输出A相、B相、C相上管励磁信号，通过T1T6等分立元件构成三相上管驱动电路，控制V2、V4、V6场效应管导通和截止。当A相上管输出励磁信号时，脚输出低电平，使D1、T1饱和导通，51V逆变桥上桥臂驱动电源通过T1、R42加到V2场效应管栅极，使V2饱和导通，+36V主电源通过V2对A相励磁，电流从+36V电源、V2流入A相绕组。稳压管D2保护V2栅极，防止驱动电压击穿损坏V2。当A相上管停止励磁时，D1、T1截止，R45使PNP型三极管T4饱和导通，把V2栅极导通时存储的电荷迅速泄放，减少V2截止损耗。当B相上管输出励磁信号时，脚输出低电平，使D3、T2饱和导通，51V逆变桥上桥臂驱动电源通过T2、R48加到V4场效应管栅极，使V4饱和导通，+36V主电源通过V4对B相励磁，电流从+36V电源、V4流入B相绕组。稳压管D4保护V4栅极，防止驱动电压击穿损坏V4。当B相上管停止励磁时，D3、T2截止，R49使PNP型三极管T5饱和导通，把V4栅极导通时存储的电荷迅速泄放，减少V4截止损耗。当C相上管输出励磁信号时，脚输出低电平，使D5、T3饱和导通，51V逆变桥上桥臂驱动电源通过T3、R13加到V6场效应管栅极，使V6饱和导通，+36V主电源通过V6对C相励磁，电流从+36V电源、V6流入C相绕组。稳压管D6保护V6栅极，防止驱动电压击穿损坏V6。当C相上管停止励磁时，D5、T3截止，R14使PNP型三极管T6饱和导通，把V6栅极导通时存储的电荷迅速泄放，减少V6截止损耗。第七章第二节 千鹤电动车充电器千鹤牌电动车充电器，采用变压器降压、二极管整流后，通过可控硅调节，控制充电电流和电压，实现对蓄电池充电。一、变压器降压、二极管整流电路220V交流市电通过保险F2、183温度保险送到R型变压器B，经变压器B降压后通过四只二极管DZ1DZ4桥式整流，C点得到脉动直流电，即50Hz的正弦波正、负半周交流电变成100Hz正向脉动直流电压。二、功率输出电路功率输出电路由可控硅T等元件组成。当脉动电压中高于电池电压，且可控硅控制极出现触发脉冲时，可控硅T导通，通过F1保险、R11给蓄电池充电。这时LED1绿灯亮，作充电器工作指示灯。三、触发脉冲产生电路1、触发脉冲生成电路触发脉冲产生电路由C7、D4、R20、C6、R21、R22、R23、D3、DW3、R19、Q2等构成。DZ1DZ4桥式整流得到100Hz正向脉动电压，通过D4隔离、R20限流、C6平滑滤波，在C6上既A点形成C7充电电源，通过R21对C7充电，充电电流在C7上形成锯齿波电压上升沿，由于DW3、Q2的be结箝位作用，C7上充得电压最高为6V左右，当改变A点电压时，改变了锯齿波上升沿陡度，也就改变了C7充电到达最高电压时间，即改变了触发脉冲宽度。R22、R23对DZ1DZ4桥式整流得到的脉动电压分压，在过零点附近，低于6V电压时则D3导通，C7通过D3放电，在C7上形成锯齿波下降沿。这样，在正弦交流电每次过零时，触发电路中C7电容原有电荷全部泄放掉；过零后，C7再从零开始充电。这样就能保证每个正弦波的半个周期中触发脉冲出现的时间一致，即保证触发同步。通过C7充电、放电，在C7上形成与正弦波过零点一致的触发脉冲。2、触发电路由Q2、DW3、R18、Q1、D2、R15、R16等构成可控硅T触发电路。在C7上产生的触发脉冲，通过DW3使Q2导通；导通的Q2通过R18使Q1导通。DZ1DZ4桥式整流得到的100Hz脉动直流电，在Q2控制下通过Q1、D2、R16加到可控硅T的控制极，作可控硅T的触发电压。此时若C点脉动直流电脉冲电压高于电池电压，则可控硅T导通，充电器为蓄电池充电。四、恒流充电控制充电初期，充电器对蓄电池充电时，充电电流为0.18C2或0.16C3，通过R11取样、A3电压比较器、R8、R12、R13、C5等元件处理后，经R17改变A点电压，即改变C7充电电压的高低，从而改变C7上产生的触发脉冲宽度，改变了可控硅T的触发角，达到控制充电电流的目的。工作原理：充电电流在R11上产生上正下负的取样电压UR11，直接加在A3电压比较器反相端（8）脚；R8、R12、R13、R11对12V分压，形成基准电压加到电压比较器同相端（9）脚。当充电电流过大时，R11上取样电压使A3反相端电压高于同相端，A3输出管导通，经R17使A点电压下降，致使C7充电到6V的时间延长，这样，在C7上产生的触发脉冲从零点开始达到充电电压最大值6V的时间延迟了，触发脉冲宽度变窄，通过Q2、Q1、D2控制使可控硅T导通角减小，可控硅 T输出电流下降；反之，UR11下降，R11上取样电压使A3反相端电压低于同相端，A3的（14）脚电压上升，这样A点（C7充电电压）电压上升，C7上触发脉冲加宽，通过Q2、Q1、D2使可控硅T导通角增加，输出电流随之上升。 通过R11、A3控制，使充电电流保持在0.18C2，充电器进行恒流充电，电池电压逐渐上升到43.2V。五、充电电压控制充电电压控制电路由R6、R5、R4、DW1、R1、R2、W、C1等构成。R1、R2、微调电阻W对输出电压取样，取样电压加到电压比较器A2反相端的（4）脚；12V通过R4、R5、R6、DW2分压加到A2同相端（5）脚，作基准电压。在充电的第一个阶段末期，当电池电压升高到43.2V时，反相端（4）脚取样电压高于（5）脚基准电压，A2电压比较器输出管导通，充电器转为第二阶段恒压充电。A2（2）脚内三极管导通，输出的低电平通过R17使A点C7充电电压下降，在C7上产生的触发脉冲变窄，减小了可控硅T的导通角，输出电压下降；反之亦然，使充电电压恒定地进行充电。六、涓流充电控制涓流充电由A1、R8、R10、R11、R12、R13、C4等元件控制。充电电流经取样电阻R11得到取样电压UR11加到A3的（8）脚；同时，UR11加到A1的（7）脚，R8、R12、R13对12V分压经R10送到A1反相端（6）脚作基准电压。充电初期，充电电流较大，UR11较高，A1同相端电压高于反相端，A1内输出三极管截止，不影响其它电路工作；当充电电流下降到涓流值时，UR11取样电压下降，低于反相端基准电压，A1内输出三极管导通，（1）脚变成低电平。（1）脚低电平一路使A4的（11）脚变成低电平，另一路使R5通过A1导通的三极管接地。充电器进入第三阶段涓流充电。当A4的同相端（11）脚为低电平，A4的反相端（10）脚接在稳压管DW1上，DW1上电压高于A4同相端电压，A4内输出三极管导通，使LED2红色发光二极管点亮，指示充电器充满电。由于R5一端接地，R4、R5对DW1稳压电压进行分压，改变了A2同相端基准电压。基准电压下降，通过A2等控制，充电器输出电压下降，以41.4V的恒压值进行涓流充电，充电电流从0.36A逐渐趋近于0A，UR11充电结束。第八章第九节常用集成运算放大器一、运算放大器运算放大器是一种具有很高的放大倍数并有深度负反馈的直流放大器。它具有负反馈放大器的各种优点，同时还能进行数学运算（例如加、减、积分或微分等）的结果，所以叫运算放大器。二、运算放大器的基本运算功能运算放大器能方便地实现信号的组合和运算，举例如下：1、 比例放大器输出信号与输入信号之比为一定值的运算放大器，叫做比例放大器，如图8-32。图8-32（a）是反相输入比例器， VO = - RFVi/R （81）由上式可见，输出电压与输入电压之比为一定值RF/R，负号表示输出电压与输入电压相位相反。图8-32（b）同相输入比例器。 VO = （R1+RF）Vi/R1 （82）输出电压与输入电压之比为一定值（R1+RF）/R1。2、 加法器输出信号是几个输入信号之和的运算放大器叫做加法器。如图8-33。VO = （V1+V2+V3）RF/R （83）三、信号幅度比较应用电路幅度比较就是将一个模拟量的电压信号去和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变。进行信号幅度的比较时，输入信号是连续变化的模拟量，但输出电压只有两种状态：高电平或低电平，所以集成运放通常工作在非线性区。 当输入电压Vi高于参考电压VR时，输出电压Vo为高电平；当输入电压Vi低于参考电压VR时，输出电压Vo为低电平。参见图834 四，常用集成运算放大器 1， LM358、LM324 运算放大器LM358 是单电源通用双运算放大器。工作参数：输入电压- 0.3V+32V；电压增益100dB；差分电压32V；16V或32V电源。电路框图见图8-35。 LM324是单电源通用四运算放大器，其工作参数：输入电压-0.3V+26V；电压增益100dB；差分电压32V；16V或32V电源。电路框图见图 836。 2. LM339,LM393电压比较器. LM393是双电压比较器，其工作参数：236V或118V电源；低输出饱和电压250mv（4）；V=36V或18V；VIN=36V。电路框图见图837。LM339四电压比较器，工作参数：236V或118V电源，低输出饱和电压250Mv（4mA）；V=36V或18V；VIN=+36V。内部等效电路框图见图838。 从图837、图8-38中可以看出，LM393、LM339电压比较器为集电极开路输出（OC）型电压比较器，其输出端可以接成“线与”型式，使电路设计简化。 第八章第十节 开关电源集成控制器一、 TL494开关电源集成控制器1、 TL494开关电源集成控制器的性能参数TL494是一种脉宽调制型开关电源集成控制器，其内部等效电路与管脚分配图见图839。其工作参数：频率固定的开关型稳压器控制集成电路；工作频率范围1300KHz；输出电压40V；输出电流200mA；输出级可选择单端方式或推挽方式；内设5V5%基准电压；可调整死区时间；最大输出电压42V。由图839所示等效电路可看出，它由锯齿波波振荡器OSC、2个比较器CMP1和CMP2、2个误差放大器A1和A2、5V的基准电压源等构成。比较器CMP2用来自误差放大器的输出信号去控制脉宽。控制原理如图840所示。若接在RT与CT端的电阻为R(K),电容为C(F)，则三角波的振荡频率为： 1.2/ RC（kHz）触发电路采用D型触发器，如图841所示，与脉冲输入上升沿同步工作。输出控制端（13脚）是触发器的电源端，该端子接地时，触发器不加电源则不工作，Q与/Q为同相位输出。该端子加5V电压时，VT1与VT2组成的触发器工作，Q与/Q交互输出。脚为“死区”控制端。当其电位增加时，VT1与VT2组成的触发器交替导通的时间间隔增大，即死区增大；反之减小。二、 UC3842（3843、3844、3845）单端隔离电流型开关稳压器1、 UC3842 性能参数UC3842是一种单端隔离电流型开关稳压器，其内部等效电路及管脚分配见图842。其主要特点有：有6V滞后的欠压锁定电路；内含自动前置补偿逐个脉冲电流限制、双脉冲抑制、1A图腾拄式输出电路；最大输入电压30V；最大输出电流1A功耗1W。UC3842与UC3843、UC3844、UC3845都是单端隔离电流型PWM开关稳压器，它们内部结构及性能略有差异，见下表：表8-4型号启动电压关闭电压最大占空比VONVOFFUC384216.0V10.0V100%UC38438.5V7.9V100%UC384416.0V10.0V100%UC38458.5V7.9V100%UC3842内部包含供电电压欠电压限制、基准电压发生器、振荡器（含锯齿波整形电路）、误差放大器、电流限制比较器，PWM锁存器，推挽放大输出电路，其引脚功能如下，见表8-5。表8-5引 脚功 能 说 明在路电阻 （k）正 测反 测1误差放大器信号输出端，外接RC网络，用来改变误差比较放大器的闭环增益和频率特性4.78.52内部运算放大器反相信号输入端。该脚输入的电压与2.5V的基准电压经比较，按得到的结果调节开关脉冲的占空比，进行自动稳压。5.318.53过电流检测信号输入端，用于检测开关管峰值电流，当该脚电压超过1V时，会自动关闭输出脉冲，保护开关管不致过流损坏1.71.74振荡频率设定端，外接RC时间常数元件，用于产生方波信号，振荡频率f = 1.8/RC（Hz），由RC值设定4.57.55接地006激励脉冲信号输出端，输出的矩形波加到开关管栅极上。适用于驱动VMOS场效应管，输出电流可达500mA4.5137电源电压输入端，输入的电压经内部基准电压处理得到5V供电作为IC电源，进一步处理后得2.5V作为比较放大器的基准电压3.5318基准电压输出端，外接滤波元件，输出5V基准电压，最大输出电流500mA3.55说明：与UC3842引脚功能相同的集成电路还有UC3843、UC3844、UC3845、UC2842、UC2843、UC2844、UC2845等型号。不同型号主要差别：第一是集成电路的启动电压（脚）和启动后最低工作电压（即欠压保护动作电压）不同；第二是输出驱动脉冲占空比不同；第三是允许工作环境温度不同。UC3842引脚使用说明（1）脚：误差放大器信号输出端，在（1）脚与误差放大器反相输入端（2）脚之间外接RC补偿网络，用来改变误差比较放大器的闭环增益和频率特性（2）脚：内部误差运算放大器反相输入端。通常将误差取样电路所取样的电压输入到该脚，与误差放大器同相输入端的2.5V的基准电压进行比较，得到的结果控制PWM锁存器的工作状态，控制脉冲宽度，调节开关脉冲的占空比，从而达到稳定输出端电压的目的。（3）脚：电流检测比较器同相输入端，被检测开关管的峰值电流经取样电阻转换成电压信号送到该脚。当输入到该脚电压达到1V时，电流检测比较器输出控制信号，使PWM锁存器置位，自动关闭输出脉冲，开关管停止工作，从而避免了开关管、开关变压器过流损坏。 （4）脚：内接振荡器，外接RC时间常数元件，振荡器与RC元件产生锯齿波信号频率，作为开关电源电路工作频率。 （5）脚：接地端 （6）脚：PWM信号推挽放大器输出端，输出的矩形波直接驱动电源场效应开关管。驱动电流的平均值可达到200mA，最大峰值电流可达到1A。 （7）脚：电源供电端，最大供电电压为30V，最小值为11V，正常工作时多为1215V左右。 （8）脚：5V基准电压输出端。2、UC3842工作原理采用UC3842构成的开关电源具有控制精度高、有完善的过流过压保护功能、外围元件少、电路简单等优点。电路参见图73。1）、启动振荡过程接通电源后，220V交流电经整流滤波得到+300V电压，此电压一路经开关变压器B初级绕组加到开关管V1的D极（漏极）；另一路经启动电阻R5给C10充电。当C10两端电压达到16V时，IC1（UC3842）内部的5V基准稳压电路启动工作，产生5V基准电压，并从（8）脚输出。输出的5V基准电压为IC1内振荡电路提供工作电压，振荡器工作。图中R9、C6是振荡定时元件，接于IC1（4）脚。振荡器产生的矩形脉冲电压经PWM脉宽调制锁存器后输出激励脉冲。此脉冲经驱动放大后从IC1（6）脚输出，驱动开关管V1工作。2）、稳压过程（误差放大器、PWM锁存器）IC1（2）脚引入的取样控制电压加至IC1内部误差放大器的反相输入端，该电压与同相输入端2.5V基准电压比较，得到误差控制电压。此误差电压经放大器放大后控制PWM锁存器输出的脉冲占空比，从而控制开关管在一个周期内的导通时间，达到控制、稳定输出电压的目的。3）、恒流控制特性（电流检测比较器）R6、R7、R8、C7与IC1的（3）脚内部电流检测比较器等构成电流控制电路。在电动车充电器中电流取样电阻取值相对比较大，利用VMOS管源极电流在取样电阻R6上的压降控制IC1的（3）脚内部电流检测比较器。当充电器输出电流过大时，开关管V1源极电流增加，在源极取样电阻R6上压降增大，送到IC1的（3）脚的电压也增加，当电流取样电压达到1V时，（3）脚内电流检测比较器动作，PWM锁存器置位，IC1的（6）脚输出脉冲变窄，最终使输出电流下降；反之亦然，电流稳定在预先设定的充电电流值。4）、欠压保护IC1的