欣聯(lián)達電動車控制器工作原理

1、電動車無刷電機控制器基本原理及維修要點電動車采用的電機分有刷電機和無刷電機兩種，由于無刷電機具有噪聲低、壽命長的特點， 因而在電動車中獲得比較廣泛應(yīng)用。無刷電機的控制器要比有刷電機控制器復(fù)雜得多，在維修上有一定的難度，因此，本文以欣聯(lián)達控制器為案例，詳細介紹原理入手介紹維修要點， 以期對廣大維修愛好者有所幫助。基本原理欣聯(lián)達控制器主要由單片機主控電路、功率管前級驅(qū)動電路、電子換向器、霍 爾信號檢測電路、轉(zhuǎn)把信號電路、欠電檢測電路、限流/過流檢測電路、剎車信號電路、限速電路、電源電路等部分組成，其原理框圖如圖1所示，下面介紹主要電路的工作原理。1. 電子換向器無刷電機與有刷電機的根本區(qū)別就在丁無

2、刷電機用電子換向器代替了有刷電 機的機械換向器，因而控制方法也就大不相同，復(fù)雜程度明顯提高。在無刷電機 控制器中，用6個功率MOSFET管組成電子換向器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中 MOSFET管VT1、VT4構(gòu)成無刷電機A相繞組的橋臂，VT3、VT6構(gòu)成無刷電 機B相繞組的橋臂,VT5、VT2構(gòu)成無刷電機C相繞組的橋臂，在任何情況， 同一橋臂的上下兩管不能 同時導(dǎo)通，否則要燒壞管子。6只功率MOSFET管按一定要求順次導(dǎo)通，就可實現(xiàn)無刷電機 A、B、C三 相繞組的輪流通電，完成換相要求，電機正常運轉(zhuǎn)。在電動車無刷電機控制器中， 這6只功率管有二二通電方式和三三通電方式的運用，二二通電方式即每一瞬

3、 間有兩只功率管同時通電，三三通電方式即每一瞬間有三只功率管同時通電。對于二二通電方式,功率管須按 VT1、VT2 ; VT2、VT3 ; VT3、VT4 ; VT4、VT5 ; VT5、VT6 ; VT6、VT1 ; VT1、VT2?的通電順序，電機才能 正常運轉(zhuǎn)。對 于三三通電方式，功率管須按 VT1、VT2、VT3 ; VT2、VT3、VT4 ; VT3、VT4、 VT5 ; VT4、VT5、VT6 ; VT5、VT6、VT1 ; VT6、 VT1、VT2 ; VT1、VT2 、 VT3?的次序通電，電機才能正常運轉(zhuǎn)。2. 功率管前級驅(qū)動電路功 率 管前級驅(qū)動電路用來驅(qū)動 電子換向器的6

4、個MOSFET管，由丁 6 個MOSFET管組成了 3個相同的橋臂， 對這3個相同的橋臂 的驅(qū)動電路是 相同的，因而功率管前級驅(qū)動電路是由 3組相同結(jié)構(gòu)的電路組成，圖3所示的是一典型的功率管前級驅(qū)動電路， 對丁一無刷控制器，有3個這樣的電路，分別 驅(qū)動3個橋臂。3. 單片機主控電路單片機主控電路是無刷電機控制器的核心部分，電機的霍爾信號、轉(zhuǎn)把信號、過流檢測信號、剎車信號等都直接輸入給單片機，由單片機進行處理，并由單片 機輸出電子換向器三個橋臂的前級驅(qū)動信號，以控制電機的運轉(zhuǎn)，因而單片機主控電路是無刷電機控制器的心臟部分。 單片機PIC16F72是目前電動車無刷電機 控制器的主流控制芯片，圖4所

5、示的是用PIC16F72構(gòu)成的無刷控制器的典型應(yīng) 用電路，它包括了無刷電機控制器的各主要輸入、 輸出信號，如圖4中的SPSIG 端信號，該信號經(jīng)過電阻R69和R68組成的網(wǎng)絡(luò)送入單片機的第5腳，單片機 根據(jù)該腳的電壓信號變化，決定輸出驅(qū)動信號的脈寬，從而決定電機的轉(zhuǎn)速。目 前市面上電動車的轉(zhuǎn)把輸出信號電壓一般在 14.2V ,它內(nèi)部是由一個線性霍爾元件和一個磁 體組成，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把、磁體移動，霍爾 元 件感應(yīng)變化的磁場而輸出變化的電壓。圖1圖2驅(qū)動控制信號上橋臀 驅(qū)動控制信號圖3供 SO WkFTT R7227G2 1002+5VCM#OGjiN-2Q PIC 161驅(qū)劫持息I8* Q "

6、;4_spSj(;oR的 tTQ2LIM. oHBKOVT* RLCHAHGROSC1OSC2REiCRCAMCLRRJ 3 3k CDR3T 3 ihCD4700pOHAUXOHALLB-OrtALLA04 3V4. 限速電路限速電路是通過分壓電阻，減小送入單片機的轉(zhuǎn)把最高電壓信號，從而限制 了速度。如圖4中把SPLIMT端接地，貝U R67與R68即組成分壓電路，降低轉(zhuǎn) 把信號（SPSIG ）送入單片機的5腳的電壓，從而限制了電動車的最高 轉(zhuǎn)速。5. 霍爾信號檢測電路在圖4中，電阻R31R36、電容C16-C18組成霍爾信號檢測輸入電路，電 阻R34R36形成上拉電位，電容C16C18起濾

7、波作用，抑制干擾信號。單片 機的15、16、17腳分別檢測來自電機內(nèi)的三路霍爾位置信號， 以決定換相時刻。6. 欠壓檢測電路在圖4中，元件R70、R71、R72、C23組成電池電壓檢測電路，檢測值送 入單片機的3腳，當(dāng)該腳檢測值低丁某一數(shù)值時，可強迫無刷電機控制器不工作， 從而起到保護電池的作用。7. 剎車信號電路對丁電動自行車，當(dāng)手把剎車時，單片機得到剎車信號，無刷電機控制器停 止輸出控制信號，電機斷電，這稱為剎車斷電，對丁有些無刷控制器，當(dāng)單片機 得到剎車信號時，則輸出控制信號，強制電機抱住，使電機不能轉(zhuǎn)動，這稱為電 剎車。目前市面上電動車的剎車信號有高電平剎車信號和低電平剎車信號兩種,

8、對丁單片機一般只識別其中一種信號， 如果采用電平轉(zhuǎn)換電路，則可識別兩種電 平的剎車信號。在圖4中，當(dāng)BK信號端為低電平，則單片機第7腳得到低電 平剎車信號，通知無刷控制器完成剎車過程。當(dāng)HBK端為高電平時，通過電阻R66、R81、R88及三極管VT20完成電平轉(zhuǎn)換，三極管 VT20的集電極變?yōu)榈?電平，單片機第7腳為低，通知無刷控制器完成剎車動作。8. 電源電路在無刷電機控制器中，一般需兩組電源,一個是14V電源供功率MOSFET驅(qū)動用，另一個是5V電源，供單片機、電機霍爾、轉(zhuǎn)把霍爾等電路用。 14V電 源一般由LM317調(diào)整管得到,5V電源一般由78L05得到，電路程式如圖5所 示。9. 限

9、流/過流保護電路限流保護是控制無刷電機控制器 在某一最大限定電流值下工作，對丁 36V 控制器，限流值一般在14±1A，對丁 48V控制器限流值一般在17±1A。限流保 護其實乂是過載保護，當(dāng)上坡、載重必然引起負載加重、電流增大，但電流增大 的極限就是限流值。如圖4中，IC6B (LM358)的運放與電阻R73、R74、R75、 R76及RT構(gòu)成限流信號檢測電路。R T為申接丁 MOSFET管上的電阻絲，如 圖2所示，因為電機電流通過 MOSFET管，也就流 過R T,當(dāng)流過電機的電 流變化，反應(yīng)在 R T上就是R T兩端電壓的變化。當(dāng)流過 RT的電流大到限 定電流時，此時

10、IC6的第7腳輸出約3V的電壓，單片機PIC16F72的2腳得 到3V電壓時，則降低MOSFET驅(qū)動輸出信號的占空比，迫使流過電機的電流下降，即R T上的電流下降，同時 R T上的電壓下降，使得IC6的第7腳 輸出下降，如此動態(tài)調(diào)節(jié)，保證無刷電機控制器工作丁限流值以下。過流保護是當(dāng)電機電流達到限定電流時，無刷電機控制器電流仍在上升，則強迫停止電機供 電。IC6A的運放和R59、R61、R62及R T構(gòu)成過流保護檢測電路，見圖 4。 檢測信號由IC6的1腳輸出，送入單片機的21腳。圖5維修要點根據(jù)筆者在實際工作中的經(jīng)驗，要修好無刷控制器，可按如下步驟進 行，將會收到事半功倍的效果。第一步 正確判

11、斷無刷電機控制器的各引出線功能無刷電機控制器一般具備如下引出線。1. 電機線（圖6中A線）無刷電機控制器電機線有 3根，稱為A、B、C相 線，一般黃線為A相，藍線為B相，綠線為C相，但也有例外，這就要求維修 者試著調(diào)換3根線的次序，直到電機運轉(zhuǎn)正常。2. 電源線（圖6中B線）無刷電機控制器電源線一般用 3根線，其中一根 細一些的線為鎖線，它是給無刷電機控制器 14V及5V電源供電的，另外 兩根 粗線（紅、黑）給功率管供電。3. 限速線（圖6中C線）國家標準規(guī)定電動車的最高限速 為20km/h,因此 各無刷電機控制器廠 家生產(chǎn)的控制器出廠時都留有如圖 7中的D號線，當(dāng)插頭 插上，則電動車 限速為

12、20km/h，符合國家標準，如斷 開，則電動車速度將大 丁 20km/h ,方 便用戶選擇。4. 剎車線（圖6中D線）剎車線連接到電動車的把手開關(guān)上，當(dāng)剎車時開 關(guān)動作，剎車信號送入單片機，執(zhí)行剎車斷電或剎車抱死動作。5. 速度線（圖6中E線）速度線與電動車儀表盤中的速度表相連，在無刷電機控制器內(nèi)它通過一限流電阻與電機的某一根相線相連。電機速度變化，反應(yīng)在電機相線中電流變化，則在速度線中電流也變化，反應(yīng)在儀表盤中就是速度的 變化。6. 轉(zhuǎn)把線（圖6中F線）轉(zhuǎn)把線連接到電動車轉(zhuǎn)把內(nèi)的霍爾上，轉(zhuǎn)把線有3根線，分別為電源正、電源負和信號線，一般紅線為電源正，黑線為電源負，信 號線為藍色。當(dāng)轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動時

13、，轉(zhuǎn)把內(nèi)磁鐵相對霍爾運動，產(chǎn)生由低到高的感應(yīng)電 壓信號，該信號送入單片機，執(zhí)行調(diào)速指令。7. 電機霍爾線（圖6中G線）電機霍爾線與電機內(nèi)霍爾相連，以決定電機 換相時刻?；魻柧€有5根線：紅為正，黑為負，其余3根線為3個霍爾信號， 這3根線與電機相連，必須次序正確，否則電機不能正常運轉(zhuǎn)，有時需反復(fù)調(diào)換 這3根線與電機相連次序，直到電機運轉(zhuǎn)正常。第二步 目視檢查打開無刷電機控制器， 如圖7所示，目視檢查有無不良，重 點檢查各導(dǎo)線是否焊接良好，功率MOS管、14V穩(wěn)壓管、大電解電容、單片機、 振蕩器是否焊接良好，如圖7中A、B、C、D、E標注的所示，要排除不良點。A圈7序號 |故障現(xiàn)象|產(chǎn)生故障的原因

14、（r）1不通電一.，矽2（J微土配回.游臣玉不正常 電國-j.J （: H祀壞U泄單片機振蕩器垢1 （ MQS管壞2 （/；能機A. B. C相技次序不對危機返轉(zhuǎn)不柄 共 * 幸機1T爾信E線次序不對HF H）驅(qū)動電踏苜三麒電機反轉(zhuǎn)電機霍爾篷或相線次序不對審.說逝轉(zhuǎn)無力限流電熱異常第三步在不通電情況下用萬用表檢查1. 先用萬用表量外接電源端對地 阻抗是否正常，一般應(yīng)大丁 2kQ。2. 分別測6個MOS管引腳問有無短路現(xiàn)象，此點較為重要，無刷電機控制器（如MOS管）較差，過流保護控制不佳或散熱做得不好，往往會引起MOS管擊穿，如圖7中A部分。3. 檢查電源穩(wěn)壓管LM317引腳問 有無短路現(xiàn)象。4. 測78L05與地間阻抗是否正 常，一般應(yīng)大丁 1.5 k Q第四步 在通電情況下測直流工作點 測LM317輸出（應(yīng)為14V ）、 78L05輸出（應(yīng)為5V）、轉(zhuǎn)把線霍爾線、助力線、紅線與黑線問電源（應(yīng) 為 5V）。第五步嘗試通電運轉(zhuǎn)1. 只連接電機線、霍爾線、轉(zhuǎn)把線，保證正確連接后通電試著轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，先 慢慢轉(zhuǎn)動一小段位置（低速），看電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，如不正常，立即