电动自行车控制器电路原理.doc

电动自行车控制器电路原理目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的 本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点所列电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标通过介绍具体实例，达到举一反三的目的1.有刷控制器实例(1)山东某牌带电量显示有刷控制器电路方框图见图 11)电路原理电路原理图见图 2 所示，该控制器由稳压电源电路、PWM 产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成　　稳压电源 由 V3(TL431)，Q3 等元件组成，从 36V 蓄电池经过串联稳压后得到+12V 电压，给控制电路供电，调节 VR6 可校准+12V 电源。

PWM 电路 以脉宽调制 器 TL494 为核心组成R3、C4 与内部电路产生振荡，频率大约为 12kHzH 是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到 4V—1V 的电压该电压加到 TL494 的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器 VR2 用于零速调节，调节VR2 使转把松开时电机停转再过一点电机驱动电路 由 Q1、Q2、Q4 等元件组成电机 MOTOR 为永磁直流有刷电机TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经 Q1 反相放大驱动 VDMOS 管 Q2TL494 的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则 Q2 导通时间越长，电机转速越高D1 是电机续流二极管，防止 Q2 击穿TL494 的⑧脚输出低电平时，Q1、D2 导通，Q4 截止，Q2 导通；TL494 的⑧脚输出高电平时，Q1、D2 截止，Q4 导通，迅速将 Q2 栅极电荷泄放，加速 Q2 的截止过程，对降低 Q2 温度有十分重要的作用蓄电池放电指示电路 由 LM324 组成四个比较器，12V 由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21 分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。

蓄电池电压经 R23 和 R22 分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例VA=VB*R22/(R22+R23)当蓄电池电压不低于 38V 时，LED1、LED2、LED3 均点亮；当电池电压低于 38V 时，LED3 熄灭；当电池电压低于 35V 时，LED2 熄灭；当电池电压低于 33V 时，LED1 熄灭，此时应给电池充电调节 VR1、VR4、VR3 可分别设定 LED3、LED2、LED1 熄灭时的电压LED4 用作电源指示，LED5 用作欠压切断控制器输出指示蓄电池过放电保护 当蓄电池放电到 31.5V 时.LM324 的①脚输出低电平，三极管 Q5 导通，约 5V 电压加到 TL494 的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使 TL494 内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管 Q1、Q2 截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态此时 LED5 点亮，指示出该状态VR5 用于设定电池保护点电压电机过流保护 R30 为电机电流取样电阻，当过流时，取样电压经 R14 加到 TL494 的⑩脚当⑩脚电位高于⑩脚电位时，TL494 内部运放 2 输出高电平，迫使 TL494 内部调宽脉冲输出管截止，从而使 Q1、Q2 截止，电机停止运转，从而保护了电机。

制动保护 当刹车制动时，KEY2 接通.5V 电压加到 TL494 的死区控制端④脚，迫使TL494 内部调宽脉冲输出管截止，从而使 Q1、Q2 截止，电机停止运转，实施制动保护2)调试调速电路零速调试：速度转把完全松开.调节 VR2 使电机停转并再调过一点以保证可靠置零速制动调试：转动速度转把，电机旋转此时闭合制动开关 KEY2，Q2 栅极应立即变为低电平 0V过流保护调试：转动速度转把，Q2 栅极为高电平 12V此时在源极对地之间加上 0.8V 左右的电压，栅极应很快变为低电平蓄电池放电指示电路用可调电源代替蓄电池电压为 38V 时，调节 VR1，使 LED3 刚好熄灭；电压为 35V 时，调节 VR2，使 LED2 刚好熄灭；电压为 33V 时，调节 VR3，使 LED1 刚好熄灭；电压为 31V 时，调节 VR5，使 LED5 刚好点亮，此时 TL494 的④脚应为高电平 5V左右，进入电池欠压保护状态通过上述设置，仅 LED1 点亮时，电压为 33V-34V，应及时给蓄电池充电，不过 LED1 熄灭至 LED5 点亮这段时间，蓄电池还可维持运行，但 LED5 点亮时，进入欠压保护状态。

此时应注意，过一会儿电池电压因电机停转而回升，保护解除，又恢复工作如此反复保护-工作-保护的结果会损坏电池和控制器，故应避免出现这种状况 (2)上海伟显牌控制器使用 LM324、LM393 和 LM339 制作的有刷控制器可靠性是很高的，就是器件数量多些该控制器仅用一片 LM339 制作有刷控制器部分用另一块 LM339 制成电量显示部分显示部分见图 3，电路原理见图 4 所示　　上海伟星对该控制器的调速采用了光电速度转把由于北方干燥，沙土灰尘大，影响了光电速度转把的使用实践证明，完全可以用霍尔速度转把替代它具体方法见图 5光电速度转把改为霍尔速度转把关键有两点：一是加装+5V 稳压电源；二是根据原速度信号输出点信号变化规律，选用相应信号变化的霍尔调速转把该有刷控制器以 PWM 电路为核心，前面有三角波发生器、电瓶欠压检测、电机过电流检测；后面有驱动、功率开关等每部分都是独立的.检查调试都比较方便三角波发生器由 IC2A、R17、C5、D2、R9、R10 等组成施密特振荡器，在 C5 上产生三角波脉宽调制器是 IC2B，它的输入之一⑥脚，为来自 C5 上的三角波，输入之二⑦脚，是来自速度转把(J1)①脚的速度信号。

从 IC2B①脚输出调宽脉冲，送互补推挽放大器互补推挽驱动由 T3、T4组成，脉冲高电平到来，上管 NPN 管 T4 导通，12V 加到功率管 T1、T2 的栅极，T1、T2 导通；脉冲低电平到来，上管 NPN 管 T4 截止.下管 PNP 管 T2 导通，将 T1、T2 栅极的电荷迅速放掉，T1、T2 截止电池欠压保护由 IC2C 组成电压比较器，当电瓶电压低于 31.5V 时，它的⒁脚变为低电位，相当于 R13 输入一端接地，将转把速度信号降到接近零伏.使IC2B①脚呈低电平，T4 截止、T3 导通；T1、T2 截止过电流保护由 IC2D 组成电压比较器，当过电流时R4 右端电位变低.通过 R5 加到 IC2D⑾脚，比较器翻转⒀脚变为低电位，同样相当于 R13 输入一端接地.将转把速度信号降到接近零伏，使 T1、T2 截止 (3)四川绵阳产某牌中功率有刷控制器该控制器采用无刷专用芯片,MC33035 为核心制作的有刷控制器控制器电路原理图见图 6 所示，该控制器的特点是刹车时三管齐下，具体工作原理如下：刹车电路主要由 J、Q3、Q6 等组成继电器常开触点串联在电机的供电电路中，+24V通过 R29、D8 为 Q3 提供基极电流，Q3 导通，J 得电吸合，常开触点闭合，电机得电。

1)当刹车时，左、右刹车开关闭合，+15V 通过 R25、R21 为 Q6 提供基极电流，Q6 导通，集电极电位降低，D4 导通，使 D8 截止，Q3 失去基极电流而截止，J 失电，常开触点断开，电机失电停止转动2)在 Q6 导通，集电极电位降低时，D5 也导通，降低了 U1 的⑦脚电位该脚低电平关断 PWM 输出3)在 Q6 导通，集电极电位降低时，D6 也导通，无论调速转把在低速或高速位置，均将霍尔调速转把转速信号对地短路而降低送往 U1⑾脚的信号电压欠压保护电路由欠压检测 U2B 和单端触发器 U3 组成其输出经 Q4 倒相送 U1 的⑦脚，关断 U1 的输出转把电压检测 U2C 的输出送单端触发器 U3 强制复位端④脚进行调速工作4)北京某牌带防飞车功能有刷控制器电路原理图见图 7防飞车功能是靠串联在电机和电源正极之间继电器 J 的常闭触点 J 实现的下面两种情况之一，都会使继电器得电，断开电机电源：一是电机过流；二是速度转把在零速位置时，VDMOS 的漏极 D 为低电位(开关管击穿)电机过流，电流取样电阻 R1 下端电压变低，电流检测 IC1A 的②脚变低，①脚变成高电位，经 D5 使 T7、T8 导通，J 得电，常闭触点断开。

当速度转把在零速位置时，PWM IC2 的①脚低电位，D3 截止，T6 截止，其集电极高电位一种情况：如果功率开关管没击穿则 VDMOS 的漏极 D 为高电位，经 R6 使 T6 导通，其集电极低电位，二极管 D4 是正与门，由于 T5、T6 集电极只有一个高电位，二极管 D4 截止，T7、T8 截止，J 不得电，其常闭触点闭合.使电机受控于 T1、T2；另一种情况：如果功率开关管已击穿，则 VDMOS 的漏极 D 为低电位，经 R6 使 T5 截止，其集电极高电位，二极管D4 是正与门，由于 T5、T6 集电极都是高电位，二极管 D4 导通；T7、T8 导通，J 得电，其常闭触点断开，使电机失电而达到防飞车保护当速度转把不在零速位置时，PWM IC2 的①脚是一串正脉冲，经积分电路 R20、C7 积分，C7 电位升高，D3 导通，T6 导通.其集电极低电位，二极管 D4 是正与门，无论 T5 集电极电位是高还是低，二极管 D4 都截止，T7、T8 截止J 不得电，其常闭触点使电机得电保证了功率开关管 VDMOS 正常导通时的漏极 D 为低电位，电机只要不过流即可控制电机旋转 (5)三友 SAYO ZHD2 大功率有刷控制器电路这款控制器是石家庄地区货运三轮主流控制器之一。

电路原理方框图及接线图见图 8所示该电路的特点是：(1)频率低，约 150Hz，因而续流二极管采用了普通整流桥；(2)没有欠压和过流保护；(3)采用了简单的门电路作三角波发生器；(4)采用 5 只大功率 VDMOS 并联，并且采用了简单均衡电路；(5)速度转把是自制的光电速度把　　该控制器有 36V、48V、60V 多种规格，主要区别在功率管部分，电路见图 9如此简明的控制器，主要损坏元件就是功率管损坏的原因主要是串激电机碳刷接触不良，高压击穿功率管；还有堵转造成的过流和过热6)电动机有刷控制器小结及维修无论更换原配套、还是换用其他品牌的有刷控制器，首先要搞清控制器的几条基本连线：电源正、负线，两条电机接线，三条速度转把接线，刹车把接线，钥匙接线仪表接线等进一步判断霍尔速度转把三条接线，具体到哪一条是+5V 、地和速度信号，刹车把接线是断开有效还是短路有效等修理有刷控制器，首先要根据现象粗略估计损坏部位，排除控制器外部接触不良等低级故障例如：飞车现象可能是 VDMOS 击穿，也可能是霍尔速度转把的接地端悬空；加电不转可能是控制器故障，也可能是外部连线烧断或接触不良，特别是刹车开关、钥匙、电池等部位；加载无力可能是电流取样电阻脱焊，也可能是电机问题等。

确实认定是控制器内部故障，再打开检查维修要认清控制器内部关键器件，有些器件外形一样，例如 TO-220 封装的 VDMOS、三端稳压器 78xx。