【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。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(或下臂) 尚未完全關閉，下臂(或上臂) 就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。當電機轉動起來，控制部會再根據(jù)驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command) 與 hallsensor 信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL 或 AH、CL 或 BH、CL 或……)開關導通，以及導通時間長短。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速、限速、柔性電子剎車(EABS) 功能、過流保護、欠壓保護、防飛車和 60176。和 120176。電機智能適應等等。1．調速功能當限速線未接時，PWM 的輸出范圍 3％到 95％。當接上限速線時， PWM 輸出范圍 3％到 75％，速度最高達 20km／h。以下情況會造成調速功能失效：(1) 進入巡航；(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。它利用電機回饋制動的原理，使電機停下來，而非是利用剎車片的摩擦作用，因此有利于保護剎車片，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．過流保護保護在正常行駛中若檢測到大于 25A 的電流值立即關閉 PWM 輸出，電機停轉保護，轉把失效。4. 欠壓保護功能當電池毫壓低于 24V（左右偏差 )，并保持 1 秒后，欠壓功能開啟，自動關閉電機，等到轉把歸零后，再次檢測電池電壓，只有電池電壓回升到 24V 以上才能再次驅動電機。欠壓保護是為了保護電池過度放電，影響其使用壽命，使用回差保護，避免電機在欠壓點來回啟停。5．防飛車功能當手把損壞時，手把電壓輸出一直保持在 以上，接通電源，電機就會開始運轉，向前飛出去，導致人身事故，同時也是防止某種誤操作。6．60176。和 120176。電機智能適應電動自行車用電機根據(jù)其位置傳感器安裝角度的不同分為兩種：60176。電機和120176。電機，這兩種電機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)電機不同也分為兩種，此功能就是兼容兩種角度的電機，不需要改動任何硬件 [2]。 無刷電機控制器單元電路分析 無刷直流電機調速原理電動自行車、電動摩托車一般都使用直流電機，對直流電機調速方法如圖 31 所示普遍采用的圖 31（a ）所示方法，學名叫脈寬調制，簡稱 復接通、反復斷開進行調速。平均接通時間長，即開關導通比大，轉速高；平均接通時間短，就是導通比小，轉速降低。導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，占空比也可叫導通比。圖 31（ a）中的開關 K，實際是大功率場效應管 VDMOS,參見圖 21(b)所示，場效應管的導通相當于 K 閉合，截止相當于 K 關斷，場效應管 VDMOS 的導通比可以通過一系列電路實現(xiàn)。通過加到 VDMOS 柵極脈沖占空比控制轉速，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 直流電機調速方法反復周期 T 按動開關也能調速，開關閉合 Kon，開關打開Koff，T=Kon+Koff，電機 M 得電時間率叫占空比，顯然占空比大，電機 M 得電多，轉速快，占空比小，電機 M 得電少，轉速低。占空比=Kon/(Kon+Koff)用功率場效應管取代 K,在柵極加上驅動，此驅動電路原理將在以后介紹。當高電平時，效應管導通，相當于 K 閉合，當驅動為低電平時，場效應管截止，相當于開關 K 打開截止。場效應管的驅動信號由電子電路產(chǎn)生，是一串脈沖，脈沖寬度可調，場效應管導通占空比受控可變，對電機進行調速 [14]。 速度調速器的結構調制脈寬是為了改變?nèi)鄻蛑锌煽毓璧拈_關時間，進而改變電機的轉速和轉矩。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 為有調速把的輸出電壓提供（可為霍爾轉把或光電速度把） 。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。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 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電池+穩(wěn)壓電路+ 5 V驅動電路電池霍爾轉把功率開關圖（b）有刷調速控制器的基本結構+三 角 波 的 生 成 與 輸 入電 機電 池 +穩(wěn) 壓 電 路+ 5 V驅動電路電 池 霍爾轉把欠 壓 保 護信 號處 理限 流電 路K剎車電路過 流 保 護功 率開 關電 流取 樣圖（c）分立元件有刷控制器圖 32 電機速度控制器原理圖 32（ b）所示的是直流有刷電機的控制系統(tǒng)，有刷控制系統(tǒng)主要通過霍爾轉把給定比較電壓并通過比較器而產(chǎn)生比較脈沖，控制功率開關開斷從而產(chǎn)生可控的電流，最終控制電機的運行。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、限流保護電路、欠壓保護電路和剎車電路。從而使電機控制更加完善 [18]。 速度把光電速度把原理電動車調速把主要有兩大類：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。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)光二極管的光強度逐漸變化。光電二極管的導通受光強控制，受光越強導通越好，反映在光電接收三極管的集電極負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。有刷控制器光電調速把構造見圖 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 速 鋼 絲 拉 繩 彈 簧發(fā) 光 二極 管屏 蔽 線調 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)部結構 (c)連線圖 3－3 有刷控制器光電調速把霍爾轉把原理霍爾轉把是利用霍爾效應結合集成電路制成的，霍爾原理是如圖（34）導片在磁場中并且平行于磁力線，當轉把不運動時由霍爾原理可得 ab1 電位相等，此時輸出端電壓為 0，但當受到外力旋轉運動就會切割磁力線，并應霍爾效應使ab1 兩點的電位發(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速。Nab霍耳轉把a 1S+b 1I c圖 3－４ 霍爾轉把原理利用上面的霍爾原理制成霍爾轉把，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：慢慢旋轉霍爾轉把，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，慢慢旋轉霍爾轉把，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）霍爾轉把實物 （b）霍爾轉把電路圖符號圖 3－５ 霍爾轉把霍爾轉把常見的故障是磁鐵脫落或退磁，還有復位彈簧折斷?；魻柶骷容^嬌氣，使用中力戒供電電源過高（嚴格在 6V 以內(nèi)）和防止高溫工作?；魻栟D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{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 霍爾調速把常見的引線分布光電速度把和霍爾轉速度把可以互換，見圖 36 所示。圖 36（a）是早期光電型的速度把，它是無觸點型的，由發(fā)光二極管、限流電阻、光電三極管、負載電阻組成。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，光電三極管就導通，導通程度與光的強度有關。光越強，光電三極管導通越好，負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把是高變低的那種。限流電阻負載電阻K發(fā) 光二 極管光 電三 極管速 度 信 號地電 源 +調 光遮 板+圖（a） 光電調速把原理常見引線：+5V 紅 紅 紅 紅速度信號 綠 藍 黑 綠地 黑 黑 黃 黃紅 + 5 V綠 速 度 信 號 線黑 或 黃 （ 地 ）圖（b） 霍爾轉把實物原理圖圖 3－６ 光電速度轉把和霍爾轉把互換 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，設計了限速電路，如圖 37 就是常使用的一種限速電路?；魻栒{速轉把的速度信號電壓 V1 有電阻 R1 和 RR3 分壓后，變?yōu)?V2 才送到 PWM。送到 PWM 的最高電壓對應車子的最高速度，該電路限速功能由開關 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用 [16]。圖 37 典型速度限制電路打開速度開關 K，R3 不起作用，到達 PWM 轉速信號為： )21/()*2(RV??裝上速度開關 K，R3 和 R2 并聯(lián)，使到達 PWM 轉速信號減小為： ]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 構成一個取反電路，把高電平轉換為低電平。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，使功率開關無法打開或打開時間變斷，最后達到剎車目的。 圖 3－9 剎車把控制原理圖 此電路只能減小轉速，卻不能在短時間內(nèi)使電機停止，使電機停止轉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，使電機處于能耗制動的狀態(tài)讓電機快速停止工作 [21]。 防飛車電路通電之后電機就飛轉，習慣叫飛車，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 速轉 把位 置信 號P W M1 為 功 率 開 關 漏 極 D 電 位 檢 測2 為 霍 爾 轉 把 電 位 檢 測1 、 2 全 低 時 為 飛 車M與 反繼電器驅 動 電 路12功率開關圖 310 防飛車電路圖判斷是否飛車的依據(jù)：在霍爾調速把輸出很小，