常用电动车控制器电路及原理大全73233

精品文档 1欢迎下载 电动自行车控制器电路原理分析 电动自行车控制器电路原理分析 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 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 1 1 有刷控制器实例有刷控制器实例 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 精品文档 2欢迎下载 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 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 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 精品文档 3欢迎下载 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 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 精品文档 4欢迎下载 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 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 精品文档 5欢迎下载 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 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 U1 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 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 脚进行调速工作 4 北京某牌带防飞车功能有刷控制器 电路原理图见图 7 精品文档 6欢迎下载 防飞车功能是靠串联在电机和电源正极之间继电器 J 的常闭触点 J 实现的 下面两种 情况之一 都会使继电器得电 断开电机电源 一是电机过流 二是速度转把在零速位置 时 VDMOS 的漏极 D 为低电位 开关管击穿 电机过流 电流取样电阻 R1 下端电压变低 电流检测 IC1A 的 脚变低 脚变成高电位 经 D5 使 T7 T8 导通 J 得电 常闭触点断 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 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 5 三友三友 SAYOSAYO ZHD2ZHD2 大功率有刷控制器电路大功率有刷控制器电路 这款控制器是石家庄地区货运三轮主流控制器之一 电路原理方框图及接线图见图 8 所示 该电路的 特点是 1 频率低 约 150Hz 因而续流二极管采用了普通整流桥 2 没有欠压和过流保护 3 采用了简单的门电路作三角波发生器 精品文档 7欢迎下载 4 采用 5 只大功率 VDMOS 并联 并且采用了简单均衡电路 5 速度转把是自制的光电速度把 该控制器有 36V 48V 60V 多种规格 主要区别在功率管部分 电路见图 9 如此简明的控制 器 主要损坏元件就是功率管 损坏的原因主要是串激电机碳刷接触不良 高压击穿功率管 还有堵转造 成的过流和过热 6 6 电动机有刷控制器小结及维修电动机有刷控制器小结及维修 无论更换原配套 还是换用其他品牌的有刷控制器 首先要搞清控制器的几条基本连线 电源正 负 线 两条电机接线 三条速度转把接线 刹车把接线 钥匙接线 仪表接线等 进一步判断霍尔速度转把 三条接线 具体到哪一条是 5V 地和速度信号 刹车把接线是断开有效还是短路有效等 修理有刷控制器 首先要根据现象粗略估计损坏部位 排除控制器外部接触不良等低级故障 例如 飞车现象可能是 VDMOS 击穿 也可能是霍尔速度转把的接地端悬空 加电不转可能是控制器故障 也可能 是外部连线烧断或接触不良 特别是刹车开关 钥匙 电池等部位 加载无力可能是电流取样电阻脱焊 精品文档 8欢迎下载 也可能是电机问题等 确实认定是控制器内部故障 再打开检查维修 要认清控制器内部关键器件 有些器件外形一样 例如 TO 220 封装的 VDMOS 三端稳压器 78xx 续 流二极管等 生产厂商为保密往往把元器件的印刷标示打磨掉了 给维修增加了麻烦 小功率控制器 可 根据连线部位等特征来认定 例如 续流二极管两端和电机两条线是并联关系 用万用表测一下就清楚了 VDMOS 和三端稳压器 78xx 虽然都有一端接地 但 VDMOS 一端接电机 稳压器 78xx 则不接电机 集成块也 可以从脚数和连线部位等特征来区分 例如 TL494 是 16 脚的 LM324 和 LM339 是 14 脚的 LM393 和 LM358 是 8 脚的 虽然 LM324 和 LM339 都是 14 脚的 但是供电脚不同 LM324 供电端是 脚 而接地端是 脚 LM339 供电端是 脚 接地端是 接有直径 1mm 长度大约 1cm 的镍铜丝或康铜丝的电阻 一般是电流取样电阻 一端接 VDMOS 的源极 S 一端接电池负极 粗黑 康铜丝两端受热很易造成焊锡脱落 可能造成轻载正常 重载无力等故障 根据原理图可以进一步沿信号通路分析 有刷控制器核心部位就是 PWM 它前面的输入信号 一路是 三角波发生器的三角波 一路是霍尔速度转把的速度信号 PWM 的驱动信号加到 VDMOS 栅极 维修重点 一是 VDMOS 控制器中就是 VDMOS 损坏率高 多数为 DS 间击穿 造成加电就高速旋转 在 不加电情况下 用万用表一测便知 一般换用好管故障就会排除 更换时 要注意绝缘和散热 要垫上导 热绝缘片并涂上导热硅脂 固定好散热板的紧固件 伴随 VDMOS 击穿 还可能有其他周边元件损坏 如互 补推挽下管 PNP 管等 另一个是稳压电源 可以带电检查其输出是否为额定稳压值 如没有 排除输出短 路后 再沿电路向前检查 对于控制芯片采用 TL494 的电路 尽管内部复杂 只要检查关键点 就能判断 大致情况 TLA94 第 脚为 5V 参考电源输出端 如 脚供电正确 脚没有 5V 一般就是芯片坏了 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 功率开关管损坏的原因和对策 功率开关管损坏的原因和对策 1 热损坏开关管过热后性能下降 极易损坏 开关管发热主要是导通损耗和开关损耗 导通压降和电 流的乘积越大发热越多 压降大原因之一是器件本身问题 靠严格筛选解决 并联使用要经过配对 压降 大原因之二不是器件本身问题 是开关通过放大区时间过长 通过改善 栅极驱动和泄放 电路设计解决 欠压保护和过流保护工作在临界 如堵转引起逐周过流保护动作 时 切换频繁 PWM 频率升高 开关管开 关损耗随频率升高而升高造成过热 关于欠压保护工作在临界切换频繁的改进 采用改进施密特电路 正 反馈加一个二极管和一个电阻 2 电压击穿主要是开关管本身耐压不够 当电压过高的一瞬间 还没来得及将热传到散热器 管子 DS 就击穿了 所以也称冷击穿 器件本身应经过严格筛选 并联应用器件要经过配对 否则易损坏 外 因主要是电机大电流工作时 突然关断 引起瞬间高反电势 例如有刷电机碳刷接触不良 解决方案是并 联大电流 高速 低压降续流二极管 例如采用 30A 双快恢复 或肖特基 管 还有 在开关管 DS 间加阻容 吸收保护 3 提高大功率控制器可靠性对策 大功率控制器要采用大电流高反压耐高温开关管 但是 大功率场 效应管耐压和导通电阻制造时是有矛盾的 例如耐压 60V 左右的管子 导通电阻可以做到 8m 耐压升 高到 100V 导通电阻就成几倍增加 行之有效的措施是 一是降低振荡频率 二是增加并联器件数 三 是增加驱动功率 四是加大散热板面积 五是振荡 三角波形成 PWM 等电路不用 WPM 专用芯片 TL494 等 而选用故障率较低的比较器 LM339 简单门电路等器件制作 六是功率冗余 就是功率管和续流管多只 并联 但要特别注意分布参数 七是欠压保护改为欠压提示 不关断等 2 2 无刷控制器无刷控制器 精品文档 9欢迎下载 2 2 采用单片机的电动车无刷控制器采用单片机的电动车无刷控制器 图 11 是以89C2051为核心的控制器电路图 由于