【文章內(nèi)容簡介】 AH、BL 一組→AH、CL 一組→BH、CL 一組→BH、AL 一組→CH 、AL 一組→CH 、BL 一組…(循環(huán)組合)但絕不能開成 AH、AL 或 BH、BL 或 CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂) 尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂) 就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command) 與 hallsensor 信號變化的速度加以比對(或由軟件運(yùn)算)再來決定由下一組(AH、BL 或 AH、CL 或 BH、CL 或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由脈沖寬度調(diào)制（PWM）來完成[5]。第 3 章 電動自行車控制器單元電路分析 電動自行車控制器的功能電動自行車的功能包括調(diào)速、限速、柔性電子剎車(EABS) 功能、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、防飛車和 60176。和 120176。電機(jī)智能適應(yīng)等等。1．調(diào)速功能當(dāng)限速線未接時，PWM 的輸出范圍 3％到 95％。當(dāng)接上限速線時， PWM 輸出范圍 3％到 75％，速度最高達(dá) 20km／h。以下情況會造成調(diào)速功能失效：(1) 進(jìn)入巡航；(2) 有剎車信號；(3) 故障時，故障指示燈閃爍；(4) 蓄電池欠壓時。2．柔性電子剎車(EABS)功能此功能借鑒于汽車的 ABS 功能，為了防止在高速騎行時突然剎車，輪胎打滑，或者由于慣性把人摔落車下，而造成的安全事故。它利用電機(jī)回饋制動的原理，使電機(jī)停下來，而非是利用剎車片的摩擦作用，因此有利于保護(hù)剎車片，在高速時和下坡時可以向電池充電，增加電池的續(xù)航里程。3．過流保護(hù)保護(hù)在正常行駛中若檢測到大于 25A 的電流值立即關(guān)閉 PWM 輸出，電機(jī)停轉(zhuǎn)保護(hù)，轉(zhuǎn)把失效。4. 欠壓保護(hù)功能當(dāng)電池毫壓低于 24V（左右偏差 )，并保持 1 秒后，欠壓功能開啟，自動關(guān)閉電機(jī)，等到轉(zhuǎn)把歸零后，再次檢測電池電壓，只有電池電壓回升到 24V 以上才能再次驅(qū)動電機(jī)。欠壓保護(hù)是為了保護(hù)電池過度放電，影響其使用壽命，使用回差保護(hù)，避免電機(jī)在欠壓點(diǎn)來回啟停。5．防飛車功能當(dāng)手把損壞時，手把電壓輸出一直保持在 以上，接通電源，電機(jī)就會開始運(yùn)轉(zhuǎn)，向前飛出去，導(dǎo)致人身事故，同時也是防止某種誤操作。6．60176。和 120176。電機(jī)智能適應(yīng)電動自行車用電機(jī)根據(jù)其位置傳感器安裝角度的不同分為兩種：60176。電機(jī)和120176。電機(jī)，這兩種電機(jī)輸出的位置信號不一樣，不能使用同樣的換相時序，通?？刂破饕哺鶕?jù)電機(jī)不同也分為兩種，此功能就是兼容兩種角度的電機(jī)，不需要改動任何硬件 [2]。 無刷電機(jī)控制器單元電路分析 無刷直流電機(jī)調(diào)速原理電動自行車、電動摩托車一般都使用直流電機(jī)，對直流電機(jī)調(diào)速方法如圖 31 所示普遍采用的圖 31（a ）所示方法，學(xué)名叫脈寬調(diào)制，簡稱 復(fù)接通、反復(fù)斷開進(jìn)行調(diào)速。平均接通時間長，即開關(guān)導(dǎo)通比大，轉(zhuǎn)速高；平均接通時間短，就是導(dǎo)通比小，轉(zhuǎn)速降低。導(dǎo)通比可用下述公式表示： )/(TofnK??式中總周期 T 不變，K 為占空比，Ton 為導(dǎo)通時間，Toff 為截止時間。K 的最大值是“1” ，最小值是“0” 。在這里，占空比也可叫導(dǎo)通比。圖 31（ a）中的開關(guān) K，實(shí)際是大功率場效應(yīng)管 VDMOS,參見圖 21(b)所示，場效應(yīng)管的導(dǎo)通相當(dāng)于 K 閉合，截止相當(dāng)于 K 關(guān)斷，場效應(yīng)管 VDMOS 的導(dǎo)通比可以通過一系列電路實(shí)現(xiàn)。通過加到 VDMOS 柵極脈沖占空比控制轉(zhuǎn)速，這就是速度控制器原理，速度控制器簡稱控制器。P W M 脈沖控制M M KDGS圖 31 直流電機(jī)調(diào)速方法反復(fù)周期 T 按動開關(guān)也能調(diào)速，開關(guān)閉合 Kon，開關(guān)打開Koff，T=Kon+Koff，電機(jī) M 得電時間率叫占空比，顯然占空比大，電機(jī) M 得電多，轉(zhuǎn)速快，占空比小，電機(jī) M 得電少，轉(zhuǎn)速低。占空比=Kon/(Kon+Koff)用功率場效應(yīng)管取代 K,在柵極加上驅(qū)動，此驅(qū)動電路原理將在以后介紹。當(dāng)高電平時，效應(yīng)管導(dǎo)通，相當(dāng)于 K 閉合，當(dāng)驅(qū)動為低電平時，場效應(yīng)管截止，相當(dāng)于開關(guān) K 打開截止。場效應(yīng)管的驅(qū)動信號由電子電路產(chǎn)生，是一串脈沖，脈沖寬度可調(diào)，場效應(yīng)管導(dǎo)通占空比受控可變，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 [14]。 速度調(diào)速器的結(jié)構(gòu)調(diào)制脈寬是為了改變?nèi)鄻蛑锌煽毓璧拈_關(guān)時間，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。原理圖如下 32（a ）是三角波（或鋸齒波）震蕩電路提供的，并且是周期一定、坡度不變的周期波。參考電壓 Ud 為有調(diào)速把的輸出電壓提供（可為霍爾轉(zhuǎn)把或光電速度把） 。由于 Ud 的變化時間在一定周期內(nèi)相對不變（在三角波周期內(nèi)相對極短） ，所以 Ud 在與三角波的比較后產(chǎn)生 PWM 控制脈沖，控制功率開關(guān)。即三角波在上升沿時一旦大于 Ud 將輸出高電平為“1” ，反而當(dāng)在三角波下降沿時，一旦小于 Ud輸出變?yōu)榈碗娖郊礊椤?” ，從而產(chǎn)生 PWM 波形，即為三相控制脈沖的形成。三 角 波 UdP W M ttt調(diào) 速 把 輸 出電 壓U d三 角 波 輸 入+P W M 生 成（a）PWM 生成原理+三角波的生成與輸入電機(jī)電池+穩(wěn)壓電路+ 5 V驅(qū)動電路電池霍爾轉(zhuǎn)把功率開關(guān)圖（b）有刷調(diào)速控制器的基本結(jié)構(gòu)+三 角 波 的 生 成 與 輸 入電 機(jī)電 池 +穩(wěn) 壓 電 路+ 5 V驅(qū)動電路電 池 霍爾轉(zhuǎn)把欠 壓 保 護(hù)信 號處 理限 流電 路K剎車電路過 流 保 護(hù)功 率開 關(guān)電 流取 樣圖（c）分立元件有刷控制器圖 32 電機(jī)速度控制器原理圖 32（ b）所示的是直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，有刷控制系統(tǒng)主要通過霍爾轉(zhuǎn)把給定比較電壓并通過比較器而產(chǎn)生比較脈沖，控制功率開關(guān)開斷從而產(chǎn)生可控的電流，最終控制電機(jī)的運(yùn)行。圖 33（ c）此控制電路為分力元件有刷控制電路，在這一電路中還增加了過流保護(hù)、限流保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路和剎車電路。從而使電機(jī)控制更加完善 [18]。 速度把光電速度把原理電動車調(diào)速把主要有兩大類：光電類和霍爾類。光電類基本被淘汰了，但是有取材容易，造價低廉，可以自制等優(yōu)點(diǎn)。光電速度把的內(nèi)部主要由發(fā)光二極管、NPN 光電接收三極管、透明度逐漸變化的膠片等構(gòu)造。其工作原理是：發(fā)光二極管正對光電接收三極管，中間隔著透明度逐漸變化的膠片，通過改變膠片的位置，使光電三極管接收到的來自發(fā)光二極管的光強(qiáng)度逐漸變化。光電二極管的導(dǎo)通受光強(qiáng)控制，受光越強(qiáng)導(dǎo)通越好，反映在光電接收三極管的集電極負(fù)載電阻上的電壓降就會變化，速度輸出信號一般是（4V1V）高變低型的。有刷控制器光電調(diào)速把構(gòu)造見圖 33 所示，速度把通過鋼絲繩牽動一個薄鋼片，上面有個“人”字形夾縫，靠它改變透光多少，速度輸出信號是（4V1V）高變低型的，發(fā)光二極管和光電接收三極管分別用屏蔽線接到速度控制器。 帶 人 字 夾 縫的 鋼 薄 片光 電 三 極 管調(diào) 速 鋼 絲 拉 繩 彈 簧發(fā) 光 二極 管屏 蔽 線調(diào) 速 鋼 絲 拉 線 屏 蔽 線發(fā) 光 二 極 管 光 電 三 極 管（a）外形 (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu) (c)連線圖 3－3 有刷控制器光電調(diào)速把霍爾轉(zhuǎn)把原理霍爾轉(zhuǎn)把是利用霍爾效應(yīng)結(jié)合集成電路制成的，霍爾原理是如圖（34）導(dǎo)片在磁場中并且平行于磁力線，當(dāng)轉(zhuǎn)把不運(yùn)動時由霍爾原理可得 ab1 電位相等，此時輸出端電壓為 0，但當(dāng)受到外力旋轉(zhuǎn)運(yùn)動就會切割磁力線，并應(yīng)霍爾效應(yīng)使ab1 兩點(diǎn)的電位發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出電壓（即ａ .ｂ兩端的電壓增大） ，此電壓因轉(zhuǎn)把的位置變化度的大小而決定輸出電壓的大小變化，在控制電路中利用此電壓來控制調(diào)速。Nab霍耳轉(zhuǎn)把a(bǔ) 1S+b 1I c圖 3－４ 霍爾轉(zhuǎn)把原理利用上面的霍爾原理制成霍爾轉(zhuǎn)把，外形如下（圖 35a）它有三條引線，一條接+5V ，一條接信號線，一條電源（和信號的公共端）接地。 常見的霍爾轉(zhuǎn)把有兩種如圖 35 所示：一種是輸出信號由低變高型，另一種是是輸出信號由高變低型。所謂信號有低變高型是指：慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號線對地電壓由起始 1V 逐漸上升到 4V 左右。而輸出信號有高變低型的相反，慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號線對地電壓由起始 4V 左右逐漸下降到 1V 左右。這兩種可以互相改變，方法是打開轉(zhuǎn)把，將每塊磁鐵極性顛倒后，用膠重新固定。需要注意的是，采用兩塊磁鐵是同極性相對。 H+ 5 v速 度信 號地（a）霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物 （b）霍爾轉(zhuǎn)把電路圖符號圖 3－５ 霍爾轉(zhuǎn)把霍爾轉(zhuǎn)把常見的故障是磁鐵脫落或退磁，還有復(fù)位彈簧折斷?；魻柶骷容^嬌氣，使用中力戒供電電源過高（嚴(yán)格在 6V 以內(nèi)）和防止高溫工作?；魻栟D(zhuǎn)把內(nèi)部常使用三端線性 UGN3501T 霍爾器件，在用 5V 供電時，靜態(tài)電流小于 8mA,電壓稍高于 5V,電流就會大于 6V,霍爾器件的電流、溫度都會快速上升，此時霍爾器件容易損壞?；魻栒{(diào)速把有三條引線，廠家不同，顏色也不同。常見的引線分布有如下四種，見表 31 所示。表 3－1 霍爾調(diào)速把常見的引線分布光電速度把和霍爾轉(zhuǎn)速度把可以互換，見圖 36 所示。圖 36（a）是早期光電型的速度把，它是無觸點(diǎn)型的，由發(fā)光二極管、限流電阻、光電三極管、負(fù)載電阻組成。加電后發(fā)光二極管始終發(fā)光，如果光照到光電三極管上，光電三極管就導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光的強(qiáng)度有關(guān)。光越強(qiáng)，光電三極管導(dǎo)通越好，負(fù)載電阻上的壓降越大，速度信號電壓越低。在發(fā)光二極管和光電三極管之間有個遮光片，早期是由逐漸透明的膠片制成的，現(xiàn)在是一個不透明的金屬片制成，金屬片上面開有一個“人”字形的夾縫。改變遮光片的位置，就改變了光電三極管受光強(qiáng)度，也就改變了速度信號電壓的高低 [13]。圖 36(b)給出了霍爾轉(zhuǎn)把替換光電速度把的方法，需要一個+5V 穩(wěn)壓電源，本控制器需要的霍爾轉(zhuǎn)把是高變低的那種。限流電阻負(fù)載電阻K發(fā) 光二 極管光 電三 極管速 度 信 號地電 源 +調(diào) 光遮 板+圖（a） 光電調(diào)速把原理常見引線：+5V 紅 紅 紅 紅速度信號 綠 藍(lán) 黑 綠地 黑 黑 黃 黃紅 + 5 V綠 速 度 信 號 線黑 或 黃 （ 地 ）圖（b） 霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物原理圖圖 3－６ 光電速度轉(zhuǎn)把和霍爾轉(zhuǎn)把互換 限速電路國家對電動車速度限制為 20KM/h。廠家制造有刷控制器時，設(shè)計了限速電路，如圖 37 就是常使用的一種限速電路?；魻栒{(diào)速轉(zhuǎn)把的速度信號電壓 V1 有電阻 R1 和 RR3 分壓后，變?yōu)?V2 才送到 PWM。送到 PWM 的最高電壓對應(yīng)車子的最高速度，該電路限速功能由開關(guān) K 來控制： K 接上，R3 和 R2 并聯(lián)，再和 R1 串聯(lián)，使送到 PWM 的最高電壓較低；不接這條線，僅 RR2 起作用，送到 PWM 的最高電壓較高。開關(guān)Ｋ打開時，車速增加，但安全系數(shù)下降，續(xù)行里程變小，電瓶壽命短。在此限速電路中又增加了剎車控制原理電路圖，也就是上面所說的剎車原理的應(yīng)用 [16]。圖 37 典型速度限制電路打開速度開關(guān) K，R3 不起作用，到達(dá) PWM 轉(zhuǎn)速信號為： )21/()*2(RV??裝上速度開關(guān) K，R3 和 R2 并聯(lián)，使到達(dá) PWM 轉(zhuǎn)速信號減小為： ]3/)(/[)(2RV 剎車電路剎車輸入電路如圖 38 所示。電動自行車的剎車輸入信號有兩種：低電平和高電平，有的廠商采用低電平剎車，有的廠商采用高電平剎車。為了滿足所有需要，本系統(tǒng)兼容了低電平和高電平剎車。低電平剎車時，通過一個隔離二極管 DGl，把信號直接送入剎車信號檢測I／O 口；高電平剎車時，通過電阻 RGl、RG2 和三極管 QGl 構(gòu)成一個取反電路，把高電平轉(zhuǎn)換為低電平。同時軟件檢測到 I／O 電平為低時，判定為有剎車信號。圖 38 電機(jī)速度控制器原理剎車把原理如圖 39 所示霍爾傳感器輸出電壓控制光電藕合器，控制輸入控制脈沖，使 PWM 波形變化，也就是把控制脈沖電流拉出，使功率開關(guān)無法打開或打開時間變斷，最后達(dá)到剎車目的。 圖 3－9 剎車把控制原理圖 此電路只能減小轉(zhuǎn)速，卻不能在短時間內(nèi)使電機(jī)停止，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動則需利用能耗制動的方法使其停止工作，也就是利用 MC33035 的輸出使能端接地關(guān)閉頂部輸出端子，打開底部輸出端子，讓三個底部端子對地連接，使電機(jī)處于能耗制動的狀態(tài)讓電機(jī)快速停止工作 [21]。 防飛車電路通電之后電機(jī)就飛轉(zhuǎn)，習(xí)慣叫飛車，通常是功率管 VDMOS 擊穿（DS 短路） 。為了防止這種現(xiàn)象，可以加上防飛車電路。這里介紹采用繼電器的防飛車電路。+霍 爾調(diào) 速轉(zhuǎn) 把位 置信 號P W M1 為 功 率 開 關(guān) 漏 極 D 電 位 檢 測2 為 霍 爾 轉(zhuǎn) 把 電 位 檢 測1 、 2 全 低 時 為 飛 車M與 反繼電器驅(qū) 動 電 路12功率開關(guān)圖 310 防飛車電路圖判斷是否飛車的依據(jù)：在霍爾調(diào)速把輸出很小，