電動(dòng)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(dòng)自行車控制器整機(jī)電路，并指出與其他產(chǎn)品的不同之處及其特點(diǎn)。所列電路均是根據(jù)實(shí)物進(jìn)行測繪所得，圖中元件號(hào)為筆者所標(biāo)。通過介紹具體實(shí)例，達(dá)到舉一反三的目的。

1.有刷控制器實(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路、蓄電池放電指示電路、電機(jī)過流及蓄電池過放電保護(hù)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(zhǔn)+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(shí)，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(jìn)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(jī)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(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)再過一點(diǎn)。
　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 由Q1、Q2、Q4等元件組成。電機(jī)MOTOR為永磁直流有刷電機(jī)。TL494的⑧腳輸出的調(diào)寬脈沖，經(jīng)Q1反相放大驅(qū)動(dòng)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(dǎo)通時(shí)間越長，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。D1是電機(jī)續(xù)流二極管，防止Q2擊穿。TL494的⑧腳輸出低電平時(shí)，Q1、D2導(dǎo)通，Q4截止，Q2導(dǎo)通；TL494的⑧腳輸出高電平時(shí)，Q1、D2截止，Q4導(dǎo)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(gè)比較器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分壓形成四個(gè)不同基準(zhǔn)電壓分別加到四個(gè)比較器的反相端。蓄電池電壓經(jīng)R23和R22分壓加到每個(gè)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(dāng)蓄電池電壓不低于38V時(shí)，LED1、LED2、LED3均點(diǎn)亮；當(dāng)電池電壓低于38V時(shí)，LED3熄滅；當(dāng)電池電壓低于35V時(shí)，LED2熄滅；當(dāng)電池電壓低于33V時(shí)，LED1熄滅，此時(shí)應(yīng)給電池充電。調(diào)節(jié)VR1、VR4、VR3可分別設(shè)定LED3、LED2、LED1熄滅時(shí)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(hù) 當(dāng)蓄電池放電到31.5V時(shí).LM324的①腳輸出低電平，三極管Q5導(dǎo)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(huì)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(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，蓄電池放電停止，進(jìn)入電池保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)LED5點(diǎn)亮，指示出該狀態(tài)。VR5用于設(shè)定電池保護(hù)點(diǎn)電壓。
　　電機(jī)過流保護(hù) R30為電機(jī)電流取樣電阻，當(dāng)過流時(shí)，取樣電壓經(jīng)R14加到TL494的⑩腳。當(dāng)⑩腳電位高于⑩腳電位時(shí)，TL494內(nèi)部運(yùn)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(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保護(hù)了電機(jī)。
　　制動(dòng)保護(hù) 當(dāng)剎車制動(dòng)時(shí)，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(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施制動(dòng)保護(hù)。
　　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(jī)停轉(zhuǎn)并再調(diào)過一點(diǎn)以保證可靠置零速。制動(dòng)調(diào)試：轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)把，電機(jī)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)閉合制動(dòng)開關(guān)KEY2，Q2柵極應(yīng)立即變?yōu)榈碗娖?V。過流保護(hù)調(diào)試：轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)把，Q2柵極為高電平12V。此時(shí)在源極對地之間加上0.8V左右的電壓，柵極應(yīng)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(shí)，調(diào)節(jié)VR1，使LED3剛好熄滅；電壓為35V時(shí)，調(diào)節(jié)VR2，使LED2剛好熄滅；電壓為33V時(shí)，調(diào)節(jié)VR3，使LED1剛好熄滅；電壓為31V時(shí)，調(diào)節(jié)VR5，使LED5剛好點(diǎn)亮，此時(shí)TL494的④腳應(yīng)為高電平5V左右，進(jìn)入電池欠壓保護(hù)狀態(tài)。通過上述設(shè)置，僅LED1點(diǎn)亮?xí)r，電壓為33V-34V，應(yīng)及時(shí)給蓄電池充電，不過LED1熄滅至LED5點(diǎn)亮這段時(shí)間，蓄電池還可維持運(yùn)行，但LED5點(diǎn)亮?xí)r，進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)注意，過一會(huì)兒電池電壓因電機(jī)停轉(zhuǎn)而回升，保護(hù)解除，又恢復(fù)工作。如此反復(fù)保護(hù)-工作-保護(hù)的結(jié)果會(huì)損壞電池和控
制器，故應(yīng)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(shí)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(diǎn)：一是加裝+5V穩(wěn)壓電源；二是根據(jù)原速度信號(hào)輸出點(diǎn)信號(hào)變化規(guī)律，選用相應(yīng)信號(hào)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(jī)過電流檢測；后面有驅(qū)動(dòng)、功率開關(guān)等。每部分都是獨(dú)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(hào)。從IC2B①腳輸出調(diào)寬脈沖，送互補(bǔ)推挽放大器?；パa(bǔ)推挽驅(qū)動(dòng)由T3、T4組成，脈沖高電平到來，上管NPN管T4導(dǎo)通，12V加到功率管T1、T2的柵極，T1、T2導(dǎo)通；脈沖低電平到來，上管NPN管T4截止.下管PNP管T2導(dǎo)通，將T1、T2柵極的電荷迅速放掉，T1、T2截止。電池欠壓保護(hù)由IC2C組成電壓比較器，當(dāng)電瓶電壓低于31.5V時(shí)，它的⒁腳變?yōu)榈碗娢唬喈?dāng)于R13輸入一端接地，將轉(zhuǎn)把速度信號(hào)降到接近零伏.使IC2B①腳呈低電平，T4截止、T3導(dǎo)通；T1、T2截止。過電流保護(hù)由IC2D組成電壓比較器，當(dāng)過電流時(shí)。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?，同樣相?dāng)于R13輸入一端接地.將轉(zhuǎn)把速度信號(hào)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。