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1、电动车控制器的工作原理与常见故障资料技术类别：电动车 发布时间：2009-8-23 人气指数： 237436V 通用型电动车无刷控制器电路剖析 一、概述 电动车无刷控制器不仅控制无刷电机 启动运转和调速，还要向其提供三相互为 1200 的交流脉冲作为驱动电源。虽然无刷控 制器电路较多，但组成基本一致，主要由稳 压电源、信号处理芯片、驱动电路，以及 3 组 大功率 MOS 管组成，如图 1 所示。稳压电 源将+36V 或 48V 电压稳压成+15V、+5V 或 其他低压，作为控制器中各 Ic 的工作电压； 信号处理芯片根据转把及闸把信号，输出相 应的上三路和下三路 MOS 管驱动信号；驱 动电路
2、则将驱动信号整形放大，以保证大功 率MoS 管深度导通与截止。 无刷控制器的电路主要有两大类：一是 以摩托罗拉专用集成电路 MC3303x 系列为 主组成；二是用 MCU 单片作主芯片，通过 编程来满足需要。目前市场产品以前者为 主。下面以一款 36V通用型电动车无刷控 制器为例进行介绍。该控制器实物如图 2 所 示实绘电路及实测数据见本书第357 页。 二、电路分析 + 1稳压电路 该控制器的稳压电路如图 3 所示(图中 元件位号为自编号 )。其电路较简单，采用电 阻降压、稳压二极管稳压，此方式已被越来 越多的无刷控制器所采用。 由于该控制器采用了无刷电机专用控 制芯片 MC33035，加之
3、驱动电路供电由 NE555 升压后供给，所以对稳压电源的输出 功率要求较低，采用稳压二极管稳压即能满 足需求。 电池电压+36V 一路经 R1 降压、c1 滤 波后得到约 +144V 电压，为 MC33035DW 及过流、欠压检测 IC(LM358)供电；另一路 经 R2、I)4、C2 稳压至 65V ，为转把及霍尔 供电( 此电压在控制器所附的接线说明图中标注为 5V，但实测为 65V)。另外，此电源中 316V 的取法较特殊，利用稳压二极管 D3 的稳压特性，将 R3 和 D4 上的电压稳压 为+316V，作为 NE555 的供电电源。图中 D1 为防反接二极管，防止因电池正负极连 接错误
4、损坏电路。 值得一提的是，该电路中的稳压二极管 的型号标注分别为 4744、4743、4735，其实测 稳压值分别为 144V、122V 、6 5V。此类稳压二极管标注不同于常规标法，难以通过型号 得知其稳压值。实修中，可换用相同或相近 稳压值的稳压二极管，但功率应不小于 1W。 说明：图 3 中所标电压为外加 +332V 直流电源时的实测值下同。 2升压电路 在讲升压电路之前，有必要说明为何要 设升压电路。由于新型无刷控制器的桥式功 率管(上管及下管)无一例外地使用了大功 率的 N 沟道 MOS 管(即 NMOS 管) ，而 NMOS 管的深度导通条件是G、S 极间电压 应大于 10V。从上
5、管与下管的连接关系可 知当上管导通后，其 S 极电压等于电源电 压。此时，若要使上管深度导通，则需在其 G 极加上高于电源电压 10V 的电压。为此，电 路中应设有升压电路或自举电路，以保证加 在上管 G 极的电压高于电源电压 10V 以上。 本控制器的升压电路以 NE555 为核心 组成，电路如图 4 所示。 这里用时基电路 NE555 构成振荡器。 图中 C14 为振荡电容，R1 5 为放电电阻， Ikl4 与 R15串联为充电电阻。 加电瞬问，+316V 电压一路经 R14、 R15 给 C14 充电；另一路经D6、D5 给 C12 I 充电。当 NE555脚电压升至约 20V 时，以
6、I NE555 为核心构成的无稳态振荡器：【作， l-输出脉冲在输出为低电平期间， +316V I 电压经 D6 给 c3 充电，c3 右端电位高于左 I 端当 c3 两端电位差约 15V 时，NE555 I 膏输出高电平，c3 左端电位为+316V。此 I；I，C3 右端电位约为 315V+1 5V，D6 截止， i D5 导通，C12 f 二端电压很快升至 465v。 。 升压电压输出的+46 5V 电压用于驱动三相 桥式功率开关管的上管c 3信号处理电路 该控制器的信号处理电路如图 5 所示。 电路采用高性能第二代单片无刷电机控制 芯片MC33035。该 IC 内含正确整流时序的 转子位
7、置译码器，频率可编程的锯齿波振荡 器及误差信号放大器等电路，并具有欠压锁 定、过流过热关断等功能。 提示：MC33033、MC33034、MC33035 等 为系列同类产品，MC33034 在国外应用最 普遍，国内则较多地采用 MC33035，它们的 功能和组成大同小异，只是 MC33034 简化 了 MC33035中部分辅助功能引脚，并采用 双列 DS0-20 脚塑封。 (1)关键引脚介绍 接通电源后，MC33035脚为 A、B 、 C 相位置传感器输入，IC 内部电路根据此 三脚电平的高低，译码输出正确时序的 A、 B、c 上下驱动信号，分别从、 、脚输出。 MC33035脚为参考电压输出
8、端，其电 压值为 625V。该电压一方面作为 MC33035 脚外接振荡定时电容的充电电源，另一方 面作为 LM358 的、脚的基准电压。 MC33035 的脚为内部误差信号放大 器反相输入端，其电位高低将决定 A、B 、C 输出脉冲的占空比，即电机的转速。此脚外 接刹车把和调速把。刹车时，刹车蓝线与地 线短接，MCl 13035的脚电压被拉低至 0V，无驱动脉冲输出；调速时，转把的调速 电压(TS)经 R6 加到 MC33035的脚。转 。动调速把，TS 电压不同，MC33035 将据此 输出不同占空比的脉冲，达到调速的目的。 MC33035 的脚为 6001200 相角无刷 电机控制选择端
9、。高电平时控制 600 电机，低电平时控制 1200 电机。在更换控制器时，无 刷控制器相角必须和无刷电机相角一致，否 则电机不会转动。 MC33035 的 脚为输出使能端，低电 平时允许电机运行，高电平时电机停止运 行。部分控制器该脚外接刹车信号，将此脚 作为刹车控制端。 (2)过流及欠压保护 MC33035脚为输出使能端，高电平时 电机转动。LM358脚外接由康铜丝做成的 O01fl 过流检测电阻。桥式功率驱动电路的 工作电流在此电阻上形成的电压作为过流 检测信号，从LM358脚输入，作为反相输 人信号，而 脚的同相输入信号由 MC33035脚输出的基准电压经R3、R4 分 压所得。正常工
10、作时， 脚电压高于脚电 压，LM358脚输出高电平，D2 截止，不拉 低 MC33035脚电压；若输出过流时， rM358脚电压将高于脚电压，LM358(D 脚输出低电平，D2 导通，使 MC33035脚 也是低电平，电机停转，达到过流保护的目 的。 电池电压经 R1、R2 分压后加到 LM358 脚，作为同相输入信号，MC33035脚输 出的625V 基准电压直接加到 LM358 的 脚，作为反相输入信号。电池电压为 36V 时， LM358脚电压约 72V，高于脚电压， LM358脚输出高电平，D4 截止，不影响 MC33035 的工作状态；当电池电压下降至 31 V 时，LM358脚电压
11、将低于 625V， LM358q)脚输出低电平，D4 导通，MC33035 的脚电压降至近 0V，电机停转，以防止蓄 电池过度放电 o 4后级驱动电路 无刷电机控制器设有 A、B、C 三组驱动 电路，其电路连接关系相同。下面以 A 相驱 动为例加以介绍。 A 相驱动电路如图 6 所示。图中 Q2、 R19、R16 、稳压管 D7 组成电子开关电路。 以 NE555为核心的升压电路输出的+46V 电压加到 Q2 的发射极。当 MC33035脚输 出低电平时，在 I)7的稳压作用下，D7 负端 电压为 31V，Q2 导通，+46V 电压经 Q2e-c 结、R18 加至 A 相驱动上管的 G 极，使
12、此管 深度导通；当 MC33035脚输出高电平时 等效于悬空状态，D7 负端电压等于+46V，Q2 截止A 相上端管因无 GS 偏压而截止。 一旦电子开关 Q2 由导通变成截止， Q2 C 极电压降至 0V，Q1 由截止转为导通， 迅速释放驱动上管导通时 GS 极间电容所 储存的电荷，使上管迅速可靠地截止。 当 MC33035 的脚输出高电平时，A 组驱动下管导通。同样，Q3 作用是为了泄放 下管导通时G-S 极间的储存电荷，使下管 迅速可靠地截止。 需要说明的是，A、B 、C 三相驱动的六 只驱动管中，某一时刻只能有两只导通，并 且同组中的两只不可能同时导通。这六只管 子的导通时序由 MC33035 根据输入的霍尔 信号及无刷电机相角决定。
