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1、！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
2、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.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。 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
3、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 4V1V 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
4、。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
5、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
6、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，
7、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
8、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
9、，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
10、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
11、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 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
12、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
13、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。 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
14、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
15、 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)三友三友 SAYO ZHD2 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
16、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； (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)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
