電動自行車控制器電路及原理分析

本文分別介紹國內(nèi)部分具有代表性的電動自行車控制器整機電路，并指出與其他產(chǎn)品的不同之處及其特點。所列電路均是根據(jù)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.有刷控制器實例
(1)山東某牌帶電量顯示有刷控制器
　　電路方框圖見圖1。

　　1)電路原理
　　電路原理圖見圖2所示，該控制器由穩(wěn)壓電源電路、PWM產(chǎn)生電路、電機驅(qū)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(wěn)壓電源 由V3(TL431)，Q3等元件組成，從36V蓄電池經(jīng)過串聯(lián)穩(wěn)壓后得到+12V電壓，給控制電路供電，調(diào)節(jié)VR6可校準+12V電源。
　　PWM電路 以脈寬調(diào)制 器TL494為核心組成。R3、C4與內(nèi)部電路產(chǎn)生振蕩，頻率大約為12kHz。
　　H是高變低型霍爾速度控制轉(zhuǎn)把，由松開到旋緊時，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(diào)寬脈沖。②腳電壓越低，⑧腳輸出的調(diào)寬脈沖的低電平部分越寬，電機轉(zhuǎn)速越高，電位器VR2用于零速調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)VR2使轉(zhuǎn)把松開時電機停轉(zhuǎn)再過一點。
　　電機驅(qū)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(diào)寬脈沖，經(jīng)Q1反相放大驅(qū)動VDMOS管Q2。TL494的⑧腳輸出的調(diào)寬脈沖低電平部分越寬，則Q2導通時間越長，電機轉(zhuǎn)速越高。D1是電機續(xù)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Q(mào)2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(jīng)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)。當蓄電池電壓不低于38V時，LED1、LED2、LED3均點亮；當電池電壓低于38V時，LED3熄滅；當電池電壓低于35V時，LED2熄滅；當電池電壓低于33V時，LED1熄滅，此時應給電池充電。調(diào)節(jié)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用作欠壓切斷控制器輸出指示。
　　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(qū)控制端④腳.該腳電位≥3.5V，就會迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使三極管Q1、Q2截止，電機停止運轉(zhuǎn)，蓄電池放電停止，進入電池保護狀態(tài)。此時LED5點亮，指示出該狀態(tài)。VR5用于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(jīng)R14加到TL494的⑩腳。當⑩腳電位高于⑩腳電位時，TL494內(nèi)部運放2輸出高電平，迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉(zhuǎn)，從而保護了電機。
　　制動保護 當剎車制動時，KEY2接通.5V電壓加到TL494的死區(qū)控制端④腳，迫使TL494內(nèi)部調(diào)寬脈沖輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉(zhuǎn)，實施制動保護。
　　2)調(diào)試
　　調(diào)速電路零速調(diào)試：速度轉(zhuǎn)把完全松開.調(diào)節(jié)VR2使電機停轉(zhuǎn)并再調(diào)過一點以保證可靠置零速。制動調(diào)試：轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)把，電機旋轉(zhuǎn)。此時閉合制動開關(guān)KEY2，Q2柵極應立即變?yōu)榈碗娖?V。過流保護調(diào)試：轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)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?yōu)榈碗娖健?br />　　蓄電池放電指示電路用可調(diào)電源代替蓄電池。電壓為38V時，調(diào)節(jié)VR1，使LED3剛好熄滅；電壓為35V時，調(diào)節(jié)VR2，使LED2剛好熄滅；電壓為33V時，調(diào)節(jié)VR3，使LED1剛好熄滅；電壓為31V時，調(diào)節(jié)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(tài)。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(tài)。此時應注意，過一會兒電池電壓因電機停轉(zhuǎn)而回升，保護解除，又恢復工作。如此反復保護-工作-保護的結(jié)果會損壞電池和控
制器，故應避免出現(xiàn)這種狀況。
(2)上海偉顯牌控制器
　　使用LM324、LM393和LM339制作的有刷控制器可靠性是很高的，就是器件數(shù)量多些。該控制器僅用一片LM339制作有刷控制器部分。用另一塊LM339制成電量顯示部分。顯示部分見圖3，電路原理見圖4所示。


　　上海偉星對該控制器的調(diào)速采用了光電速度轉(zhuǎn)把。由于北方干燥，沙土灰塵大，影響了光電速度轉(zhuǎn)把的使用。實踐證明，完全可以用霍爾速度轉(zhuǎn)把替代它。具體方法見圖5。

　　光電速度轉(zhuǎn)把改為霍爾速度轉(zhuǎn)把關(guān)鍵有兩點：一是加裝+5V穩(wěn)壓電源；二是根據(jù)原速度信號輸出點信號變化規(guī)律，選用相應信號變化的霍爾調(diào)速轉(zhuǎn)把。
　　該有刷控制器以PWM電路為核心，前面有三角波發(fā)生器、電瓶欠壓檢測、電機過電流檢測；后面有驅(qū)動、功率開關(guān)等。每部分都是獨立的.檢查調(diào)試都比較方便。三角波發(fā)生器由IC2A、R17、C5、D2、R9、R10等組成施密特振蕩器，在C5上產(chǎn)生三角波。脈寬調(diào)制器是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(zhuǎn)把(J1)①腳的速度信號。從IC2B①腳輸出調(diào)寬脈沖，送互補推挽放大器?；パa推挽驅(qū)動由T3、T4組成，脈沖高電平到來，上管NPN管T4導通，12V加到功率管T1、T2的柵極，T1、T2導通；脈沖低電平到來，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，當電瓶電壓低于31.5V時，它的⒁腳變?yōu)榈碗娢唬喈斢赗13輸入一端接地，將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)⒀腳變?yōu)榈碗娢唬瑯酉喈斢赗13輸入一端接地.將轉(zhuǎn)把速度信號降到接近零伏，使T1、T2截止。
(3)四川綿陽產(chǎn)某牌中功率有刷控制器
　　該控制器采用無刷專用芯片,MC33035為核心制作的有刷控制器。