48v電動車控製器電路圖

國內部分具有代表性的電動自行車控製器整機電路，並指出與其他產品的不同之處及其特點。所列電路均是根據實物進行測繪所得，圖中元件號為筆者所標。通過介紹具體實例，達到舉一反三的目的。
1.有刷控製器實例
電路方框圖見圖1。
　
1)電路原理
電路原理圖見圖2所示，該控製器由穩壓電源電路、PWM產生電路、電機驅動電路、蓄電池放電指示電路、電機過流及蓄電池過放電保護電路等組成。

　　
穩壓電源 由V3(TL431)，Q3等元件組成，從36V蓄電池經過串聯穩壓後得到+12V電壓，給控製電路供電，調節VR6可校準+12V電源。
PWM電路 以脈寬調製 器TL494為核心組成。R3、C4與內部電路產生振蕩，頻率大約為12kHz。
H是高變低型霍爾速度控製轉把，由鬆開到旋緊時，其輸出端可得到4V—1V的電壓。該電壓加到TL494的②腳，與①腳電壓進行比較，在⑧腳得到調寬脈 衝。②腳電壓越低，⑧腳輸出的調寬脈衝的低電平部分越寬，電機轉速越高，電位器VR2用於零速調節，調節VR2使轉把鬆開時電機停轉再過一點。
電機驅動電路 由Q1、Q2、Q4等元件組成。電機MOTOR為永磁直流有刷電機。TL494的⑧腳輸出的調寬脈衝，經Q1反相放大驅動VDMOS管Q2。TL494的 ⑧腳輸出的調寬脈衝低電平部分越寬，則Q2導通時間越長，電機轉速越高。D1是電機續流二極管，防止Q2擊穿。TL494的⑧腳輸出低電平時，Q1、D2 導通，Q4截止，Q2導通；TL494的⑧腳輸出高電平時，Q1、D2截止，Q4導通，迅速將Q2柵極電荷泄放，加速Q2的截止過程，對降低Q2溫度有十 分重要的作用。
蓄電池放電指示電路 由LM324組成四個比較器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分壓形成四個不同基準電壓分別加到四個比較器的反相端。蓄電池電壓 經R23和R22分壓加到每個比較器的同相端，該電壓和蓄電池電壓成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。當蓄電池電壓不低於38V 時，LED1、LED2、LED3均點亮；當電池電壓低於38V時，LED3熄滅；當電池電壓低於35V時，LED2熄滅；當電池電壓低於33V 時，LED1熄滅，此時應給電池充電。調節VR1、VR4、VR3可分別設定LED3、LED2、LED1熄滅時的電壓。LED4用作電源指示，LED5 用作欠壓切斷控製器輸出指示。
蓄電池過放電保護 當蓄電池放電到31.5V 時.LM324的①腳輸出低電平，三極管Q5導通，約5V電壓加到TL494的死區控製端④腳.該腳電位≥3.5V，就會迫使TL494內部調寬脈衝輸出 管截止，從而使三極管Q1、Q2截止，電機停止運轉，蓄電池放電停止，進入電池保護狀態。此時LED5點亮，指示出該狀態。VR5用於設定電池保護點電 壓。
電機過流保護 R30為電機電流取樣電阻，當過流時，取樣電壓經R14加到TL494的⑩腳。當⑩腳電位高於⑩腳電位時，TL494內部運放2輸出高電平，迫使TL494內部調寬脈衝輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉，從而保護了電機。
製動保護 當刹車製動時，KEY2接通.5V電壓加到TL494的死區控製端④腳，迫使TL494內部調寬脈衝輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉，實施製動保護。
2)調試
調速電路零速調試：速度轉把完全鬆開.調節VR2使電機停轉並再調過一點以保證可靠置零速。製動調試：轉動速度轉把，電機旋轉。此時閉合製動開關 KEY2，Q2柵極應立即變為低電平0V。過流保護調試：轉動速度轉把，Q2柵極為高電平12V。此時在源極對地之間加上0.8V左右的電壓，柵極應很快 變為低電平。
蓄電池放電指示電路用可調電源代替蓄電池。電壓為38V時，調節VR1，使LED3剛好熄滅；電壓為35V時，調節VR2，使 LED2剛好熄滅；電壓為33V時，調節VR3，使LED1剛好熄滅；電壓為31V時，調節VR5，使LED5剛好點亮，此時TL494的④腳應為高電平 5V左右，進入電池欠壓保護狀態。通過上述設置，僅LED1點亮時，電壓為33V-34V，應及時給蓄電池充電，不過LED1熄滅至LED5點亮這段時 間，蓄電池還可維持運行，但LED5點亮時，進入欠壓保護狀態。此時應注意，過一會兒電池電壓因電機停轉而回升，保護解除，又恢複工作。如此反複保護-工 作-保護的結果會損壞電池和控
製器，故應避免出現這種狀況。
使用LM324、LM393和LM339製作的有刷控製器可靠性是很高的，就是器件數量多些。該控製器僅用一片LM339製作有刷控製器部分。用另一塊LM339製成電量顯示部分。顯示部分見圖3，電路原理見圖4所示。


　　
上海偉星對該控製器的調速采用了光電速度轉把。由於北方幹燥，沙土灰塵大，影響了光電速度轉把的使用。實踐證明，完全可以用霍爾速度轉把替代它。具體方法見圖5。

　　
光電速度轉把改為霍爾速度轉把關鍵有兩點：一是加裝+5V穩壓電源；二是根據原速度信號輸出點信號變化規律，選用相應信號變化的霍爾調速轉把。
該有刷控製器以PWM電路為核心，前麵有三角波發生器、電瓶欠壓檢測、電機過電流檢測；後麵有驅動、功率開關等。每部分都是獨立的.檢查調試都比較方 便。三角波發生器由IC2A、R17、C5、D2、R9、R10等組成施密特振蕩器，在C5上產生三角波。脈寬調製器是IC2B，它的輸入之一⑥腳，為來 自C5上的三角波，輸入之二⑦腳，是來自速度轉把(J1)①腳的速度信號。從IC2B①腳輸出調寬脈衝，送互補推挽放大器。互補推挽驅動由T3、T4組 成，脈衝高電平到來，上管NPN管T4導通，12V加到功率管T1、T2的柵極，T1、T2導通；脈衝低電平到來，上管NPN管T4截止.下管PNP管 T2導通，將T1、T2柵極的電荷迅速放掉，T1、T2截止。電池欠壓保護由IC2C組成電壓比較器，當電瓶電壓低於31.5V時，它的⒁腳變為低電位， 相當於R13輸入一端接地，將轉把速度信號降到接近零伏.使IC2B①腳呈低電平，T4截止、T3導通；T1、T2截止。過電流保護由IC2D組成電壓比 較器，當過電流時。R4右端電位變低.通過R5加到IC2D⑾腳，比較器翻轉⒀腳變為低電位，同樣相當於R13輸入一端接地.將轉把速度信號降到接近零 伏，使T1、T2截止。
該控製器采用無刷專用芯片,MC33035為核心製作的有刷控製器。

　　控製器電路原理圖見圖6所示，該控製器的特點是刹車時三管齊下，具體工作原理如下：
刹車電路主要由J、Q3、Q6等組成。繼電器常開觸點串聯在電機的供電電路中，+24V通過R29、D8為Q3提供基極電流，Q3導通，J得電吸合，常開觸點閉合，電機得電。
1)當刹車時，左、右刹車開關閉合，+15V通過R25、R21為Q6提供基極電流，Q6導通，集電極電位降低，D4導通，使D8截止，Q3失去基極電流而截止，J失電，常開觸點斷開，電機失電停止轉動。
2)在Q6導通，集電極電位降低時，D5也導通，降低了U1的⑦腳電位。該腳低電平關斷PWM輸出。
3)在Q6導通，集電極電位降低時，D6也導通，無論調速轉把在低速或高速位置，均將霍爾調速轉把轉速信號對地短路而降低送往U1⑾腳的信號電壓。
欠壓保護電路由欠壓檢測U2B和單端觸發器U3組成。其輸出經Q4倒相送U1的⑦腳，關斷U1的輸出。轉把電壓檢測U2C的輸出送單端觸發器U3強製複位端④腳進行調速工作。
電路原理圖見圖7。

　 　
防飛車功能是靠串聯在電機和電源正極之間繼電器J的常閉觸點J實現的。下麵兩種情況之一，都會使繼電器得電，斷開電機電源：一是電機過流；二是速度轉把 在零速位置時，VDMOS的漏極D為低電位(開關管擊穿)。電機過流，電流取樣電阻R1下端電壓變低，電流檢測IC1A的②腳變低，①腳變成高電位，經 D5使T7、T8導通，J得電，常閉觸點斷開。
當速度轉把在零速位置時，PWM IC2的①腳低電位，D3截止，T6截止，其集電極高電位。一種情況：如果功率開關管沒擊穿則VDMOS的漏極D為高電位，經R6使T6導通，其集電極低 電位，二極管D4是正與門，由於T5、T6集電極隻有一個高電位，二極管D4截止，T7、T8截止，J不得電，其常閉觸點閉合.使電機受控於T1、T2； 另一種情況：如果功率開關管已擊穿，則VDMOS的漏極D為低電位，經R6使T5截止，其集電極高電位，二極管D4是正與門，由於T5、T6集電極都是高 電位，二極管D4導通；T7、T8導通，J得電，其常閉觸點斷開，使電機失電而達到防飛車保護。
　　
當速度轉把不在零速位置時，PWM IC2的①腳是一串正脈衝，經積分電路R20、C7積分，C7電位升高，D3導通，T6導通.其集電極低電位，二極管D4是正與門，無論T5集電極電位是 高還是低，二極管D4都截止，T7、T8截止。J不得電，其
常閉觸點使電機得電。(ob体育竞彩 //www.gdzxks.com)保證了功率開關管VDMOS正常導通時的漏極D為低電位，電機隻要不過流 即可控製電機旋轉。
(5)三友SAYO ZHD2大功率有刷控製器電路
這款控製器是石家莊地區貨運三輪主流控製器之一。電路原理方框圖及接線圖見圖8所示。該電路的特點是：
(1)頻率低，約150Hz，因而續流二極管采用了普通整流橋；
(2)沒有欠壓和過流保護；
(3)采用了簡單的門電路作三角波發生器；
(4)采用5隻大功率VDMOS並聯，並且采用了簡單均衡電路；
(5)速度轉把是自製的光電速度把。

　　
該控製器有36V、48V、60V多種規格，主要區別在功率管部分，電路見圖9。如此簡明的控製器，主要損壞元件就是功率管。損壞的原因主要是串激電機碳刷接觸不良，高壓擊穿功率管；還有堵轉造成的過流和過熱。

(6)電動機有刷控製器小結及維修
無論更換原配套、還是換用其他品牌的有刷 控製器，首先要搞清控製器的幾條基本連線：電源正、負線，兩條電機接線，三條速度轉把接線，刹車把接線，鑰匙接線。儀表接線等。進一步判斷霍爾速度轉把三 條接線，具體到哪一條是+5V、地和速度信號，刹車把接線是斷開有效還是短路有效等。
修理有刷控製器，首先要根據現象粗略估計損壞部位，排除 控製器外部接觸不良等低級故障。例如：飛車現象可能是VDMOS擊穿，也可能是霍爾速度轉把的接地端懸空；加電不轉可能是控製器故障，也可能是外部連線燒 斷或接觸不良，特別是刹車開關、鑰匙、電池等部位；加載無力可能是電流取樣電阻脫焊，也可能是電機問題等。確實認定是控製器內部故障，再打開檢查維修。
要認清控製器內部關鍵器件，有些器件外形一樣，例如TO-220封裝的VDMOS、三端穩壓器78xx、續流二極管等。生產廠商為保密往往把元器件的印 刷標示打磨掉了，給維修增加了麻煩。小功率控製器，可根據連線部位等特征來認定，例如：續流二極管兩端和電機兩條線是並聯關係，用萬用表測一下就清楚 了；VDMOS和三端穩壓器78xx雖然都有一端接地，但VDMOS一端接電機，穩壓器78xx則不接電機。集成塊也可以從腳數和連線部位等特征來區分， 例如：TL494是16腳的。LM324和LM339是14腳的，LM393和LM358是8腳的；雖然LM324和LM339都是14腳的，但是供電腳 不同，LM324供電端是④腳，而接地端是⑾腳。LM339供電端是③腳.接地端是⑿。
接有直徑1mm長度大約1cm的鎳銅絲或康銅絲的電阻，一般是電流取樣電阻，一端接VDMOS的源極S，一端接電池負極(粗黑)，康銅絲兩端受熱很易造成焊錫脫落。可能造成輕載正常、重載無力等故障。
根據原理圖可以進一步沿信號通路分析，有刷控製器核心部位就是PWM。它前麵的輸入信號，一路是三角波發生器的三角波，一路是霍爾速度轉把的速度信號。PWM的驅動信號加到VDMOS柵極。
維修重點：一是VDMOS。控製器中就是VDMOS損壞率高，多數為DS間擊穿.造成加電就高速旋轉。在不加電情況下，用萬用表一測便知，一般換用好管 故障就會排除。更換時，要注意絕緣和散熱，要墊上導熱絕緣片並塗上導熱矽脂，固定好散熱板的緊固件。伴隨VDMOS擊穿，還可能有其他周邊元件損壞。如互 補推挽下管PNP管等。另一個是穩壓電源，可以帶電檢查其輸出是否為額定穩壓值，如沒有，排除輸出短路後，再沿電路向前檢查。對於控製芯片采用TL494 的電路，盡管內部複雜，隻要檢查關鍵點，就能判斷大致情況。TLA94第⒁腳為+5V參考電源輸出端，如⑿腳供電正確，⒁腳沒有+5V。一般就是芯片壞 了；③腳也是關鍵點，它為高電位時，芯片關閉輸出，如果它為高電位，要檢查造成原因，例如欠壓保護，霍爾調速把故障等；④腳在有刷控製器中也是關鍵點，它 為高電位(3.6V)時，芯片關閉輸出，如果它為高電位，要檢查造成原因。也可以檢查後部的關鍵點，例如VDMOS柵極電壓是否隨霍爾速度轉把轉動變化 等。
　　
功率開關管損壞的原因和對策：
　　
1)熱損壞開關管過熱後性能下降，極易損 壞。開關管發熱主要是導通損耗和開關損耗。導通壓降和電流的乘積越大發熱越多。壓降大原因之一是器件本身問題，靠嚴格篩選解決，並聯使用要經過配對；壓降 大原因之二不是器件本身問題，是開關通過放大區時間過長，通過改善(柵極驅動和泄放)電路設計解決。欠壓保護和過流保護工作在臨界(如堵轉引起逐周過流保 護動作)時，切換頻繁，PWM頻率升高，開關管開關損耗隨頻率升高而升高造成過熱。關於欠壓保護工作在臨界切換頻繁的改進，采用改進施密特電路，正反饋加 一個二極管和一個電阻。
2)電壓擊穿主要是開關管本身耐壓不夠，當電壓過高的一瞬間，還沒來得及將熱傳到散熱器，管子DS就擊穿了，所以也稱 冷擊穿。器件本身應經過嚴格篩選，並聯應用器件要經過配對，否則易損壞；外因主要是電機大電流工作時，突然關斷，引起瞬間高反電勢，例如有刷電機碳刷接觸 不良。解決方案是並聯大電流、高速、低壓降續流二極管.例如采用30A雙快恢複(或肖特基)管。還有，在開關管DS間加阻容吸收保護。
3)提 高大功率控製器可靠性對策 大功率控製器要采用大電流高反壓耐高溫開關管。但是，大功率場效應管耐壓和導通電阻製造時是有矛盾的，例如耐壓60V左右的管子，導通電阻可以做到 8mΩ，耐壓升高到100V，導通電阻就成幾倍增加。行之有效的措施是：一是降低振蕩頻率；二是增加並聯器件數；三是增加驅動功率；四是加大散熱板麵積； 五是振蕩、三角波形成、PWM等電路不用WPM專用芯片TL494等，而選用故障率較低的比較器(LM339)、簡單門電路等器件製作；六是功率冗餘，就 是功率管和續流管多隻並聯，但要特別注意分布參數；七是欠壓保護改為欠壓提示，不關斷等。
2.無刷控製器
有刷電機是 靠換向器(也叫整流子)來保證轉子(旋轉部分)和固定部分的磁場保持連續朝一個方向的吸引力或排斥力。這套換向機構最重要的機件就是電刷，控製器無須改變 電流方向，其控製器叫有刷控製器。換向器有觸點，是有磨損的。而無刷直流電機本身沒有換向器，靠控製器改變電機線圈內部電流方向，同樣保證轉子和固定部分 的磁場，保持連續朝一個方向的吸引力或排斥力。控製器采用晶體管無觸點開關，永不磨損，這就是無刷控製器。無刷控製器一般靠霍爾傳感器確定轉子磁場位置， 在恰當時機給相應線圈改換電流方向。位置傳感器除霍爾傳感器，還有光電傳感器等。采用霍爾傳感器的無刷電機和無刷控製器之間一般有8條導線連接；三根粗線 是線圈引線，5條細線中，一條+5V，一條公共地，三條轉子位置信號線。
當前市場上，無刷控製器有兩大類：一類以單片機為核心，一類以專用芯片MC33035(MC33033)、A3932SEQ、LB11690、MC33039等為核心。
(1)24V電動自行車用無刷控製器電路
　　
讀者可以查到芯片廠家給出的無刷控製器典型應用圖。圖中在無刷電機和MC33035之間，僅有個驅動電路的方框，沒有具體電路，一般認為是典型三相橋式輸出電路，上管為雙極型三極管，下管為VDMOS場 效應管。也有人認為上管為P溝道場效應管，下管為N溝道場效應管。由於大功率P溝道場效應管價格昂貴，限製了應用。國內在三相橋式輸出電路中，上管、下管 全部采用VDMOS場效應管，驅動有的采用IR2103(驅動一相)，有的用IR2130(驅動三相，但價格昂貴)。有的采用分立元件，由此派生出了幾種 版本。
關鍵問題是，在上管導通時，漏極和源極電位近似等於電源正極電位，要保持上管導通，必須使上管柵極電位高於電源正極電位12V左右。 IR2103和IR2130 比較簡單，通過外接一隻隔離二極管和一隻自舉電容就解決了。當下管導通上管截止時，隔離二極管導通，自舉電容充電，兩端電壓接近電源電壓；當下管截止上管 導通時，隔離二極管截止，自舉電容儲存的電荷給上管柵極供電，電位大大高於電源正極電位，使上管保持導通。
圖10是一個24V電動自行車用無刷控製器電路。圖中三隻接在VCC和VB之間的二極管為隔離二極管，接在VB和VS之間的電容為自舉電容。

　
(2)采用單片機的電動車無刷控製器
　　
圖11是以89C2051為 核心的控製器電路圖。由於89C2051屬低端產品，內部沒有PWM和A/D轉換，它借助了三個模擬比較器完成相應工作。IC8B作為電池欠壓檢測器，欠 壓時，給單片機(13)腳一個低電平；IC8D做過流檢測器，過流時，給單片機⑦腳一個低電平；借助普通I/O口(11)腳輸出，通過積分電路和轉把模擬 速度信號在IC8A進行比較後.輸入單片機(12)腳，用軟件完成PWM控製，然後分三相六路輸出到三個專用驅動芯片IR2103。由IR2103驅動每 相的上、下VDMOS管。

　 　
單片機通過內部軟件完成任務，不同產品的軟件差異很大，寫入程序時一般都進行了加密。市場上銷售的單片機是空白的，內部程序需用專用設備進行燒寫。因 此，采用單片機的各種控製器，普通售後服務作維修隻是更換外圍元件，單片機本身損壞，更換工作要依靠原生產廠商進行，或供應寫有程序的單片機。單片機就是 單片微型計算機，它的加入可以很容易地增加一些所謂智能功能，例如巡航功能。巡航功能就是通過按一下巡航功能按鈕，電動自行車就以剛才的速度繼續前進，鬆 開霍爾速度轉把也不受影響。
3.其他控製器
(1)未涉及到的無刷控製器
也有不需要位置傳感器的無刷控製器，它是通過檢測線圈電動勢判斷轉子位置的。顯然，電機未轉動時，它是不能判斷轉子位置的，可以等電機轉起來再加電，也可以按一定序列加電，試探出轉子位置後，然後正確加電。
(2)未涉及到的開關磁阻電機的控製器
開關磁阻電機是又一種電機，過去在紡織行業有應用，現在有人研究將它用到電動自行車上，它的控製器類似無刷控製器。