欣联达电动车控制器工作原理

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1、电动车无刷电机控制器基本原理及维修要点 电动车米用的电机分有刷电机和无刷电机两种，由于无刷电机具有噪声低、寿命长的特点， 因而在电动车中获得比较广泛应用。无刷电机的控制器要比有刷电机控制器复杂得多，在维 修上有一定的难度，因此，本文以欣联达控制器为案例，详细介绍原理入手介绍维修要点， 以期对广大维修爱好者有所帮助。基本原理欣联达控制器主要由单片机主控电路、功率管前级驱动电路、电子换向器、霍 尔信号检测电路、转把信号电路、欠电检测电路、限流/过流检测电路、刹车信 号电路、限速电路、电源电路等部分组成，其原理框图如图1所示，下面介绍主 要电路的工作原理。1. 电子换向器无刷电机与有刷电机的根本区别

2、就在于无刷电机用电子换向器代替了有刷电 机的机械换向器，因而控制方法也就大不相同，复杂程度明显提高。在无刷电机 控制器中，用6个功率MOSFET管组成电子换向器，其结构如图2所示。图中 MOSFET管VT1、VT4构成无刷电机A相绕组的桥臂，VT3、VT6构成无刷电 机B相绕组的桥臂，VT5、VT2构成无刷电机C相绕组的桥臂，在任何情况， 同一桥臂的上下两管不能同时导通，否则要烧坏管子。6只功率MOSFET管按一定要求顺次导通，就可实现无刷电机A、B、C三 相绕组的轮流通电，完成换相要求，电机正常运转。在电动车无刷电机控制器中， 这6只功率管有二二通电方式和三三通电方式的运用，二二通电方式即每

3、一瞬 间有两只功率管同时通电，三三通电方式即每一瞬间有三只功率管同时通电。对 于二二通电方式，功率管须按 VT1、VT2； VT2、VT3； VT3、VT4； VT4、VT5； VT5、VT6； VT6、VT1 ； VT1、VT2%的通电顺序，电机才能 正常运转。对 于三三通电方式，功率管须按VT1、VT2、VT3； VT2、VT3、VT4； VT3、VT4、 VT5； VT4、VT5、VT6； VT5、VT6、VT1 ； VT6、VT1、VT2； VT1、VT2、 VT3%的次序通电，电机才能正常运转。2. 功率管前级驱动电路功率管前级驱动电路用来驱动电子换向器的6个MOSFET管，由于6

4、个MOSFET管组成了 3个相同的桥臂，对这3个相同的桥臂 的驱动电路是 相同的，因而功率管前级驱动电路是由3组相同结构的电路组成，图3所示的是一典型的功率管前级驱动电路，对于一无刷控制器，有3个这样的电路，分别 驱动3个桥臂。3. 单片机主控电路单片机主控电路是无刷电机控制器的核心部分，电机的霍尔信号、转把信号、 过流检测信号、刹车信号等都直接输入给单片机，由单片机进行处理，并由单片 机输出电子换向器三个桥臂的前级驱动信号，以控制电机的运转，因而单片机主 控电路是无刷电机控制器的心脏部分。单片机PIC16F72是目前电动车无刷电机 控制器的主流控制芯片，图4所示的是用PIC16F72构成的无

5、刷控制器的典型应 用电路，它包括了无刷电机控制器的各主要输入、输出信号，如图4中的SPSIG 端信号，该信号经过电阻R69和R68组成的网络送入单片机的第5脚，单片机 根据该脚的电压信号变化，决定输出驱动信号的脉宽，从而决定电机的转速。目 前市面上电动车的转把输出信号电压一般在14.2V，它内部是由一个线性霍尔元件和一个磁体组成，转动转把、磁体移动，霍尔 元 件感应变化的磁场而输出变化的电压。刹车卞诗电路片t电 草机控g十VIV0irSVT182N6551R522 2kVT13 8050VT1EMFI -75NF75上嘩翔 翌动控制信号MVG-R57560VT15 窝如8550 1恥* /1=

6、1-下桥臂 驱动捽制沖号电机A相R4310kX24RBC-15R31BKOR28R27IKC1347Q0pCZ3 R4 13k飪扁篇 1R59限速电路是通过分压电阻，减小送入单片机的转把最高电压信号，从而限制了速度。如图4中把SPLIMT端接地，则R67与R68即组成分压电路，降低转把信号（SPSIG）送入单片机的5脚的电压，从而限制了电动车的最高转速。5.霍尔信号检测电路在图4中，电阻R31R36、电容C16C18组成霍尔信号检测输入电路，电阻R34R36形成上拉电位，电容C16C18起滤波作用，抑制干扰信号。单片机的15、16、17脚分别检测来自电机内的三路霍尔位置信号，以决定换相时刻。6

7、欠压检测电路在图4中，元件R70、R71、R72、C23组成电池电压检测电路，检测值送入单片机的3脚，当该脚检测值低于某一数值时，可强迫无刷电机控制器不工作,从而起到保护电池的作用。7刹车信号电路4.限速电路RA2RB5RA3R.B3OSC18PLIM： ORS3 3 3kRC&C HAL0 4.3VVT20 SOWPHALLC3 HALLERAC a RB7ICBA时嗣弓洋當T亦厂評A- *1*01R674 7K 口*C24_ 0.0111 vat匕丄 和朋WP KBS ! 1kR50 iqk* P-R% tdk- Uh -+RJS 10k-K4iR47 tdk*R4iik*Ul o吒ik.

8、”RM 10k丄-CZF -O+5V对于电动自行车，当手把刹车时，单片机得到刹车信号，无刷电机控制器停 止输出控制信号，电机断电，这称为刹车断电，对于有些无刷控制器，当单片机 得到刹车信号时，则输出控制信号，强制电机抱住，使电机不能转动，这称为电 刹车。目前市面上电动车的刹车信号有高电平刹车信号和低电平刹车信号两种， 对于单片机一般只识别其中一种信号，如果采用电平转换电路，则可识别两种电 平的刹车信号。在图4中，当BK信号端为低电平，则单片机第7脚得到低电 平刹车信号，通知无刷控制器完成刹车过程。当HBK端为高电平时，通过电阻 R66、R81、R88及三极管VT20完成电平转换，三极管VT20

9、的集电极变为低 电平，单片机第7脚为低，通知无刷控制器完成刹车动作。8. 电源电路在无刷电机控制器中，一般需两组电源，一个是14V电源供功率MOSFET 驱动用，另一个是5V电源，供单片机、电机霍尔、转把霍尔等电路用。14V电 源一般由LM317调整管得到，5V电源一般由78L05得到，电路程式如图5所 Z示O9. 限流/过流保护电路限流保护是控制无刷电机控制器在某一最大限定电流值下工作，对于36V 控制器，限流值一般在141A，对于48V控制器限流值一般在171A。限流保 护其实又是过载保护，当上坡、载重必然引起负载加重、电流增大，但电流增大 的极限就是限流值。如图4中，IC6B（LM358

10、）的运放与电阻R73、R74、R75、 R76及RT构成限流信号检测电路。R T为串接于MOSFET管上的电阻丝，如 图2所示，因为电机电流通过MOSFET管，也就流 过R T，当流过电机的电 流变化，反应在R T上就是R T两端电压的变化。当流过RT的电流大到限 定电流时，此时IC6的第7脚输出约3V的电压，单片机PIC16F72的2脚得 到3V电压时，则降低MOSFET驱动输出信号的占空比，迫使流过电机的电 流下降，即R T上的电流下降，同时R T上的电压下降，使得IC6的第7脚 输出下降，如此动态调节，保证无刷电机控制器工作于限流值以下。过流保护是 当电机电流达到限定电流时，无刷电机控制

11、器电流仍在上升，则强迫停止电机供 电。IC6A的运放和R59、R61、R62及R T构成过流保护检测电路，见图4。 检测信号由IC6的1脚输出，送入单片机的21脚。图5图6维修要点根据笔者在实际工作中的经验，要修好无刷控制器，可按如下步骤进行， 将会收到事半功倍的效果。第一步 正确判断无刷电机控制器的各引出线功能 无刷电机控制器一般具备 如下引出线。1. 电机线（图6中A线）无刷电机控制器电机线有3根，称为A、B、C相 线，一般黄线为A相，蓝线为B相，绿线为C相，但也有例外，这就要求维修 者试着调换3根线的次序，直到电机运转正常。2. 电源线（图6中B线）无刷电机控制器电源线一般用3根线，其中

12、一根 细一些的线为锁线，它是给无刷电机控制器14V及5V电源供电的，另外两根 粗线（红、黑）给功率管供电。3. 限速线（图6中C线）国家标准规定电动车的最高限速 为20km/h，因此 各无刷电机控制器厂 家生产的控制器出厂时都留有如图7中的D号线，当插头 插上，则电动车 限速为20km/h，符合国家标准，如断 开，则电动车速度将大 于20km/h，方 便用户选择。4. 刹车线（图6中D线）刹车线连接到电动车的把手开关上，当刹车时开 关动作，刹车信号送入单片机，执行刹车断电或刹车抱死动作。5. 速度线（图6中E线）速度线与电动车仪表盘中的速度表相连，在无刷 电机控制器内它通过一限流电阻与电机的某

13、一根相线相连。电机速度变化，反应 在电机相线中电流变化，则在速度线中电流也变化，反应在仪表盘中就是速度的 变化。6. 转把线（图6中F线）转把线连接到电动车转把内的霍尔上，转把线有3 根线，分别为电源正、电源负和信号线，一般红线为电源正，黑线为电源负，信 号线为蓝色。当转把转动时，转把内磁铁相对霍尔运动，产生由低到高的感应电 压信号，该信号送入单片机，执行调速指令。7. 电机霍尔线（图6中G线）电机霍尔线与电机内霍尔相连，以决定电机 换相时刻。霍尔线有5根线：红为正，黑为负，其余3根线为3个霍尔信号， 这3根线与电机相连，必须次序正确，否则电机不能正常运转，有时需反复调换 这3根线与电机相连次

14、序，直到电机运转正常。第二步目视检査打开无刷电机控制器，如图7所示，目视检查有无不良，重 点检查各导线是否焊接良好，功率MOS管、14V稳压管、大电解电容、单片机、 振荡器是否焊接良好，如图7中A、B、C、D、E标注的所示，要排除不良点。序号故牆现象产生故障的原因2单片机振荡器坏.： WK ：:KKXXXX：: ：: ：: X X: : : : : : : : : :K：N：K：N：K：N：K：K：-：M：K：M：K：；：&X：K：X：K：X说罷蛙罷蛙罷蛙負 :： ： ：；：；：；：；：；：；：4:-.:+:t:-.a:f.:.a:f.:.X:黑:黑:黑:黑？ ?-:K:K:X:K:X:K:X:K XMsy 宀:巔:巔:济 XMsy 2kx:xx:xx:y:xx:X 不对目第丙 “y V:：熬：魁-=- n 11=IK tSA-u Stt M 电 xr.r.刖 也$.圭卫HXXXXKKK :： ： :： ： ： ： ： ：