详解电动车控制器结构原理以及其维修.doc

|详解电动车控制器结构原理与维修控制器的结构与原理（一）控制器的组成与工作原理1有刷控制器的结构与工作原理电动自行车的控制器是电动自行车的驱动系统，它是电动车整车中的核心部件。它的主要作用是控制电动机的转速。控制器和调速转把配合，控制电动机的转速，能随刹车开关的闭合使电动机断电。并通过仪表控制线路，使仪表显示电源电压、欠压及行驶里程。另外控制器还加入其他功能，例如定速巡航、零启动、反充电（能量再生） 、行车里程计算与显示、电制动和智能助力控制，以及各种状态的指示功能等。控制器的工作是由脉冲信号控制功率管的开启和关闭时间，决定电动机换向的顺序和时间，从而决定电动机的转向和转速。目前电动自行车的控制器，无论是有刷的还是无刷的，普遍采用脉宽调速（ PWM）方式，控制器内部必须具有 PWM 发生器电路、电源电路、功率器件、功率器件驱动电路、控制部件（转把、闸把、电动机霍尔等）信号的采集与处理电路、过电流与欠电压等保护电路。（1）有刷控制器的结构 有刷控制器的外形如图 1 所示。有刷控制器的内部主要由集成电路和外围元器件组成。有刷控制器的内部结构如图 2 所示。|（2）控制器的工作原理有刷控制器的工作原理如图 3 所示。|1）放电电路 该电路的主要功能是把蓄电池电压经限流电阻器，由稳压集成电路稳压后向控制器输出其内部电路所需要的正常工作电压，如 12 V、15V 和 18V 等，然后 12V 电压再经三端稳压集成电路7805 或主芯片内部 5V 稳压电路输出 5V 电压，供给外接元器件（转把和闸把）作为电源电压。在实际电路中，转把有 5V 或 6. 25V 供电电压，而闸把有 5V、12V、15V、18V 等几种供电电压。2）欠电压保护电路 当蓄电池电压降低到设定值以下时，控制器保护电路检测到此信号并反馈到主芯片，主芯片切断输出控制信号，使电动机得不到供电电压而停转，从而保护蓄电池不出现低电压过放电现象。3）限电流保护电路 当电动机异常或其他原因造成场效应晶体管电流增大时，限电流保护电阻上的电压相应升高，该升高电压加到主芯片控制电路而使主芯片内部逻辑电路动作，切断输出驱动信号，场效应晶体管因无驱动电压而截止，电路得到保护。4）驱动电路 驱动电路是把主芯片输出的微弱驱动脉冲电压加以放大，加到场效应晶体管的栅极，|使其达到良好的饱和状态而导通。5）输出电路 控制器的输出功率管一般使用场效应晶体管，它的栅极得到驱动后，场效应晶体管饱和导通。它相当于一个电子开关，导通时相当于开关闭合，接通电动机的工作电源，电动机得到电而转动。场效应晶体管截止时，相当于切断电动机工作电源，电动机失电而停转。6）集成电路 集成电路的主要功能是把转把、闸把及欠电压保护电路、过电流保护电路的信号，经内部电路放大、转换处理后输出相应的信号，控制场效应晶体管的导通或截止。（3）有刷控制器的外部连接线 普通型有刷控制器与外部件的连接线一般有 9 根引线，分别是电源正负极引线 2 根、转把引线 3 根、闸把引线 2 根和电动机引线 2 根。智能型有刷控制器还有 3 根助力器引线。普通型有刷控制器的外部连接线如图 4 所示。36V 有刷控制器与外部连接，如图 5 所示。|2无刷控制器的结构与工作原理无刷控制器的工作原理如图 6 所示。（1）稳压电路 控制器内部稳压电路将蓄电池电压经限流电阻器、三端稳压集成电路稳定成12V、15V 和 18V，根据电路所需电压，分别供主芯片、三相驱动电路及欠电压保护电路作为正常时的工作电压。（2）主芯片集成电路 该电路的主要功能如下。1.输出 5V 电压供外接转把、闸把作为电源电压。2.根据无刷电动机的状态，霍尔检测元件检测到的信号对三相驱动电路产生相应驱动电压，使三相驱动电路轮换工作。3.集成电路还将转把、闸把及欠电压保护电路、限流保护电路的输入控制信号经内部相关电路输出不同的控制信号。（3）驱动电路 无刷控制器根据电动机的需要设置 3 个相同的驱动电路。驱动电路将主芯片输出的脉冲信号加以整形、放大后提供给输出级的功率管。除此之外，由于驱动电压高于电源电压，因此驱动电路应包含升压电路。（4）输出电路 输出电路由 6 个相同的大电流功率管组成。它的导通和截止在时间和相位上是有先后顺序的，否则电动机不能转动。|（5）欠电压保护电路 该电路主要是为防止蓄电池在低压下出现过放电现象而设计的。当蓄电池端电压下降到控制器设定值时，保护电路工作，并且将检测信号加到主芯片内部，当主芯片内部电路检测不到保护信号时，主芯片切断驱动信号，输出功率管因得不到驱动励磁电压而不工作，从而保护蓄电池不在低电压下放电。（6）限流保护 该电路主要对控制器输出大电流时进行控制，即保护蓄电池、控制器、电动机在安全范围内工作。当电动机负载加重时，功率管的输出电流增大，此时限流电阻器上的电压随功率管的电流增大而升高，当该电压加到主芯片时，主芯片检测到该电压，控制功率管的导通时间，使功率管不在大电流下工作。小提示无刷无霍尔控制器与无刷自学习控制器（1）无刷无霍尔控制器 现在有一种改良的无刷控制器不需要霍尔元件也可以感受到线包在磁场中的位置信号。这样控制器到电动机的线只有三根主相位线。如果电动机反转，把任意两根线调换一下就可正转。目前这种控制器在自行车起步时的控制还不完美，一般起步时有噪声，电机会抖动，电机起步后运行平稳正常。（2）无刷自学习控制器 目前市场还有一种称为万能自学习的无刷控制器，不分 60°和 120°相位角，把电动机和控制器连线对颜色插好，把刹车断电线接好，按照说明书的方法让控制器自学习，不需要调线就可使控制器和电动机连接线接好。有的控制器电源线有三根，除了粗红和粗黑线外还有一根细红线。这种控制器的粗红和粗黑线直接接到电池上，不经过电门锁，但是控制器还不能工作，而要让细红线经过电门锁，打开电门锁后细红线给控制器内的继电器（电子开关）一个电压信号，继电器打开后控制器才能工作。3无刷控制器的外部引线无刷控制器的外部引线较多，其内部电路与有刷控制器相比较复杂。无刷控制器的外部引线如图 7所示。|（1）电源线 无刷控制器的电源线有 3 根，通常使用三芯插件，其中粗红线为电源正极线，粗黑线是电源负极线，细红色（或橙色）线是电门锁线。（2）转把线 无刷控制器的转把线有 3 根，通常使用三芯白色插件，其中红线是电源 5V 供电线，黑线是负极线，细绿线是信号线。（3）电动机线 无刷控制器的电动机线有 8 根引线，其中 3 根蓝（A 相）、绿（B 相）、黄（C 相）粗线是电动机相线，采用弹头形插件。另外 5 根引线是电动机的霍尔元件引线，采用 5 芯插件，分别是霍尔元件的公共电源正极红线、公共负极黑线、A 相霍尔输出蓝线、B 相霍尔输出绿线和 C 相霍尔输出黄线。（4） 11 助力线 无刷控制器的 1 : 1 助力线有三根，通常采用三芯小黑色插件（这样与转把插件才有区分），其中红线是电源 5V 供电线，黑线是负极线，绿线是信号线。（5）低刹线 无刷控制器的低刹线有两根，通常采用二芯白色插件，其中红（或白）线是 5V 刹车信号线，黑线是负极线。（6）高刹线 无刷控制器的高刹线只有一根，通常采用绿白线，二芯白色插件。（7）仪表线 无刷控制器的仪表线只有一根，通常采用绿线，弹头插件。小提示：一般情况下，无刷电动机控制器输出引线颜色与所接器件的对应关系见表 1。|无刷控制器与外部电路连接 48V 无刷控制器与外部电路连接如图 8 所示。|（4）有刷控制器电路的工作过程 当打开电源锁后仪表上得到供电，电源指示灯亮显示 蓄电池电量。同时控制器也得到供电。此时，电动机不转，但是控制器输出 5V 电压给转把内的霍尔元件供电。当旋转转把时，转把信号线输出 14. 2V 电压，此电压传递给控制器，控制器的电动机引线输出040V 由低到高的直流电压给电动机线圈，电动机开始由慢到快旋转。当手捏闸把时，控制器得到 50V（低电平刹车）的刹车信号电压，断开电动机供电，电动机停止运转，起刹车断电的作用4无刷控制器电路的工作过程|当打开电源锁后，仪表上得到供电，电源指示灯亮，显示 蓄电池电量。同时控制器也得到供电。此时，电动机不转，但是控制器输出 5V 电压给转把内的霍尔元件供电。当旋转转把时，转把信号线输出 14.2V 电压，此电压传递给控制器，控制器的零启动功能使电动机启动，电动机启动后，其内部的磁钢转动，使霍尔传感器产生对应的位置信号，使霍尔元件输出05V 的开关信号电压，此信号传递给控制器，控制器的三相引线输出 038V 的由低到高的交流电压，此电压给电动机线圈，电动机开始由慢到快旋转。当手捏闸把时，控制器得到 50V（低电平刹车）的刹车信号电压，断开电动机供电，电动机停止运转，起刹车断电的作用。5无刷控制器与电动机调线无刷电动机共有 8 根引线，其中 3 根蓝（A 相） 、绿（B 相） 、黄（C 相）粗线是电动机相线（即线圈引出线） 。另外 5 根引线是无刷电动机的霍尔元件引线，分别是霍尔元件的公共电源正极红线、公共电源负极黑线、A 相霍尔输出蓝线、 B 相霍尔输出绿线和 C 相霍尔输出黄线。无刷电动机的 8 根引线如图9 所示。