电动车无刷控制器电路图高清.doc
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1、今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1: (原文件名:1.gif)图1:350W整机电路图 整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看: (原文件名:2.gif)图2:电路框图 电路大体上可以分成五局部: 一、电源稳压,供给局部; 二、信号输入与预处理局部; 三、智能信号处理,控制局部; 四、驱动控制信号预处理局部; 五、功率驱动开关局部。 下面我们先来看看此电路最核心的局部:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制局部,因为其他电路都是为其效劳或被其控制,弄清楚这局部,其它电路就比拟容易明白。 (原文件名:3.gif)图3:PIC16F
2、72在控制器中的各引脚应用图 我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。内部软件资源我们在软件局部讲解,这里并不需要很关心。 各引脚应用如下: 1:MCLR复位/烧写高压输入两用口 2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进展A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在0-1.5
3、V左右 3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进展A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低那么切断输出以保护电池,防止电池因过放电而损坏。正常时电压应在3V以上 4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压上下来控制输出给电机的总功率,从而到达调整速度的目的。 5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断,或根据电平上下判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。 6:数字量输入口:1+1助力脉冲信号输入口,当骑行者踏动踏板使车前行时,该口会收到齿轮传感器发
4、出的脉冲信号,该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。 7:模拟/数字量输入口:由于电机的位置传感器排列方法不同,该口的电平上下决定适合于哪种电机,目前市场上常见的有所谓120与60排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压上下来控制起动时电流的大小,以适合不同的力度需求。 8:单片机电源地。 9:单片机外接振荡器输入脚。 10:单片机外接振荡器反应输出脚。 11:数字输入口:功能开关1 12:数字输入口:功能开关2 13:数字输出口:PWM调制信号输出脚,速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。 14:数字输入口:功能开关3 15、16、17:数字输入口:电机转
5、子位置传感器信号输入口,单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电,从而使电机始终向需要的方向转动。这个信号上面讲过有120与60之分,这个角度实际上是这三个信号的电相位之差,120就是与三相电一样,每个相位与前面的相位角相差120。60就是相差60。 18:数字输出口:该口控制一个LED指示灯,大局部厂商都将该指示灯用作故障情况显示,当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。 19:单片机电源地。 20:单片机电源正。上限是5.5V。 21:数字输入口:外部中断输入,当电流由于意外原因突然增大而不在控制范围时,该口有低电平脉冲输入。单片机收到此信号时产生
6、中断,关闭电机的输出,从而保护重要器件不致损坏或故障不再扩大。 22:数字输出口:同步续流控制端,当电流比拟大时,该口输出低电平,控制其后逻辑电路,使同步续流功能开启。该功能在后面详细讲解。 23-28:数字输出口:是功率管的逻辑开关,单片机根据电机转子位置传感器的信号,由这里输出三相交流信号控制功率MOSFET开关的导通与关闭,使电机正常运转。 有了智能化的控制中心,就需要有其它电路来为其效劳,我们在这里从头开场介绍。 一、电源局部 见图4: (原文件名:4.gif)控制器有三组电源,第一组当然是提供总能源的电池,板子上的电解电容C1:1000F,63VC11:47F,63V及C13,C33
7、:0.1F63V是退耦用的,用于消除由于电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰,由于工作在大电流、高频率、高温状态下,特别对电解电容有损耗角小、耐高温的要求,普通的电解电容容易发热爆裂。 第二组电源提供12-15V的电压,这组电压主要提供给MOSFET的开通电压,由于场效应管的驱动要求比拟特殊,必须有10V以上20V以下的电压才能很好导通,所以必须有适宜的电压供给,同时该组电压也为后面5V稳压块提供预稳压。这组电压由LM317提供,输出大约13.5V。由于LM317的输入输出压差不能超过40V,而输入电压可能高达60V,因此在前面加了一个330,2W的电阻,既预先降压,又替3
8、17分担了一局部功耗。 第三组电源是5V,由LM78L05提供,由于78L05提供的最大电流只有100mA,所以另并联了两个1.5K的电阻以扩流,同时也分担一局部功耗。在整个系统中,对5V电源的要求比拟高,不单单是因为逻辑电路,MCU等的电源电压都不能过高,而且由于MCU的所有AD转换都是以5V电压为基准,所以当5V不准时会出现电流,欠压值,手柄控制等均不能到达设计要求的情况,甚至不能动作,因此该电压的范围应被严格限制在4.90-5.10V之间。 二、信号输入与预处理局部 这局部电路包括电源电压输入、工作电流比拟,放大输入、手柄电压输入、电机转子位置传感器的霍尔信号输入、刹车信号输入及各种其它
9、功能开关信号输入等。 1.电源电压输入:由于MCU只承受0-5V的信号,所以电源电压必须经过分压才能输入MCU。 2.工作电流放大、输入:电路如图5 图5:略 U3A是一个放大电路,它将康铜丝R55采样过来的电流信号经过6.5倍放大送入单片机。最早的设计在R23上并联了一个0.1F的电容组成低通放大器,后来为了更好地实时检测电流,将该电容去掉,这样放大后的电压与电流的实际变化根本一致以便MCU采样值更接近于实际值。 U3B是一个比拟器接法,实际也是一个比拟器,正常时的电流绝对不会让该比拟器翻转,当电流由于某种原因突然增大到一定程度,该比拟器翻转从而触发单片机的外部中断,单片机就会完全关闭电机的
10、输出进入保护状态,防止故障进一步扩大。 这里有人会问,为什么放大器的放大倍数取得这么小,如果放大倍数再大一点的话,单片机经过AD转换后的数字相比照拟大,分辨率可以做得比拟高,何乐而不为呢?这种想法是有道理的,但是限于LM358的频率响应不够高,15KHZPWM的工作频率大约为15.6K的方波经358放大之后变成梯形波了,我们目前对电流峰值的采样应当采取梯形波的上边,如果放大倍数过大,梯形波的上边就会变得很窄而使单片机采样困难,甚至采样错误,比方采样到梯形波的斜边,因而不能正确反映电流的实际大小,这就会导致电流控制的紊乱。所以宁愿放大倍数取小点以保证采样位置的准确无误。 图6:略 3.手柄输入局
11、部:手柄输出的电压范围在1.2-4.2V的范围内,经过阻容滤波后输入到单片机处理。手柄需要一个5V的电源才能工作。 图7:略 4.电机转子位置传感器输入局部:由于该传感器安装在电机内部,采用开路输出的方法,所以除提供5V电源外,每个传感器都必须接上拉电阻,并对其输出的信号进展阻容滤波以抗干扰,同时在电源处接二极管、接地采用细铜膜做保险丝,防止电机相线与霍尔信号线短路后高电压反串近来损坏板子上别的零件。 图8:略 5.刹车信号输入:由于刹车信号开关往往与刹车灯共用一个开关,每个厂商的刹车电压也不统一,所以必须接入二极管防止高压串入。高电平输入局部,要做到8-50V输入时都能正常工作。 6.其它功
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