【正文】 在我論文的設(shè)計過程中還要感謝 ***老師，他為我講解了很多問題，為我的論文也指出了很多方向。 我由衷地感謝論文指導(dǎo) 老師 *老師。 35 致 謝 經(jīng)過數(shù)月的努力，畢業(yè)論文的工作已經(jīng)接近尾聲。 本人通過這次的設(shè)計，讓我了解 到 電動自行車的控制系統(tǒng)，并通過 查閱 資料根據(jù)要求設(shè)計出整體電路，依據(jù)電路原理圖去選擇元器件 、制作印制電路板 。本文主要分析了系統(tǒng)的硬件 控制 電路，如：電源電路，剎車電路，驅(qū)動電路等 ，設(shè)計出了電路原理圖、印制電路板和電路板 3D 效果圖。由此設(shè)計出印制板電路圖（附錄二）和 3D效果圖（附錄三）。電源電路 34 要和其它電路分開，并且電源線與地線的走向一致時有助于增強抗噪聲性能。一般都采用 45 度拐角或圓弧形拐彎。對于不相容信號，如高頻信號與低頻信號、數(shù)字信號與模擬信號、大電流信號與小電流信號，進(jìn)行布置時一定要有間隔，以免產(chǎn)生相互干擾。 、輸出端用導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生反饋耦合。 。 ，以減少環(huán)路電阻 ；同時使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)的傳輸?shù)姆较蛞恢拢蕴岣唠娐返目垢蓴_能力。一般布線需要遵循以下原則： 。 最后應(yīng)根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元件進(jìn)行全局綜合考慮得出最佳布局方案。尺寸過大，印制線條長導(dǎo)致阻抗增加，抗干擾能力下降，同時成本也會相應(yīng)增加；尺寸過小，則散熱不好且鄰近線路易受干擾。 電路形狀以矩形為最佳，且長寬 比為 3:2 或 4:3為宜。 易受干擾的元器件不能放置太近，輸人、輸出元器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。 在高頻下工作電路要考慮元器件之間的分布參數(shù)。 33 成功導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后就可以進(jìn)行元件的布局，元件的布局形式的好壞也將直接影響到電路板的使用情況，所以在元件布局時要遵循以下幾 個原則： 按照電路的流程安排各功能電路的位置，使信號流通方向盡可能保持一致。 在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表時，經(jīng)常會因為原理圖中連線問題、封裝不正確或者 PCB未加載庫文件而報錯，所以在這里要再次修改檢查原理圖中的相關(guān)問題。 繪制 PCB 板 已經(jīng)完成印制板電路圖的前期準(zhǔn)備后就可以開始繪制具體的 PCB圖了， 在這個階段中主要包括印制板外形尺寸大小的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)表 導(dǎo)入、元件布局和元件的連線等。隨著電路設(shè)計復(fù)雜程度的提高，多層板使用越來越頻繁。主要用于顯示元件封裝輪廓和元件封裝文字。 機械層： Protel 99SE最多支持 16個機械層，用于繪制制造和安裝細(xì)節(jié)說明以及標(biāo)識 組焊錫膏防護(hù)層：阻焊層用于放置阻焊劑，可以防止在焊接時由于焊錫擴張引起的短路；錫膏防護(hù)層是專門為表面封裝器件板設(shè)置的。如TopLayer為頂層銅膜 布線面，用于放置元件和布線， BottomLayer為底層銅膜布線面， MidLayer1— MidLayer30為中間布線層，用于布置信號線。轉(zhuǎn)角形式。 其中由于 90186。 導(dǎo)線轉(zhuǎn)角設(shè)計規(guī)則 在 Protel 99SE中提供了三種導(dǎo)線的轉(zhuǎn)角類型：直角形式、 45186。 安全間距限制設(shè)計規(guī)則 32 設(shè)置 PCB板的安全間距目的是使元件之間不會因為過近而產(chǎn)生干擾。 網(wǎng)絡(luò)表中包含了各個元件的封裝形式以及元件之間的鏈接關(guān)系，因此裝入網(wǎng)絡(luò)表之后就得到了 PCB的后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ) 印制電路板 環(huán)境設(shè)置 在進(jìn)行印制電路板設(shè)計前 都要 對 PCB的環(huán)境進(jìn)行設(shè)置 ， 對自動布線操作 、板層性質(zhì) 進(jìn)行一定的約束，以保證 印制電路板 能一定程度上滿足要求。 經(jīng)過查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計個元件的封裝形式如表 51。通常情況下需要設(shè)計電路板的大小、外形和各種環(huán)境參數(shù)等。 第 5章 印制電路板設(shè)計 電路設(shè)計的最終目的是設(shè)計出點子產(chǎn)品，而點子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)式通過印制電路板來實現(xiàn)的。剎車電路通過對芯片 19腳接地，來實現(xiàn)芯片的剎車斷電功能。該系統(tǒng)的 PWM波在 MC33033中產(chǎn)生，電機控制信號由 MC33033的 20腳和 1 117腳分別輸出到 3個專用驅(qū)動芯片 IR2103， 通過 IR2103驅(qū)動每項的上下 MOS管。實物圖如圖 49。 調(diào)速電路的設(shè)計如 圖 45，霍爾轉(zhuǎn)把的實 物如圖 46 圖 46 調(diào)速電路 圖 47 霍爾轉(zhuǎn)把實物圖 鑰匙開關(guān)設(shè)計 電動自行車不使用時為了防盜需要切斷電路電源，所以在電源電路中設(shè)計一個鑰匙開關(guān)，當(dāng)使用者使用時只需用鑰匙打開開關(guān)即可使電路通電。從而控制無刷電機轉(zhuǎn)速的大小。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，改變了霍爾組件周圍的磁場強度，也就改變了霍爾轉(zhuǎn)把的輸出電壓。 剎車電路的設(shè)計如下： 圖 44 剎車電路 這里選擇了防水性能較好、性價比較高的展翔 SJ002 剎把，其實物圖如圖 45。 以上為 A相 的 一個工作周期，當(dāng)控制芯片不斷輸出勵磁信號， IR2103 重復(fù)上述過程 。 36V 電壓通過接通的電子開關(guān) V1 加到 A 相橋式輸出端， A 點電壓為 36V 即VA=36V，電流 ILA2從 A 相電子開關(guān) V1流入到 A 相線圈中，產(chǎn)生與下臂導(dǎo)通時極性相反的勵磁磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 充滿電荷的電容 ,其正端通過 IR2103 的 HO 腳和 VB 腳內(nèi)閉合的電子開關(guān)和 R8加到 A 相上臂場效應(yīng)晶體管的柵極，其負(fù)端接在 V1的源極，電容放電，放電電流ICA2使 V1柵極與源極之間電壓 為 15V 左右， M1飽和導(dǎo)通，作為上臂輸出電子開關(guān)接通。 V4 飽和后其漏極與源極之間飽和壓降很小，電子開關(guān) V4接通， A 點被 V4接地。 26 由此該電路組成的驅(qū)動電路其中 A 相驅(qū)動電路如圖 43。其電路圖如圖 42 所示。 主電路設(shè)計 電源電路設(shè)計 電源電路從許蓄電池獲得電能，經(jīng)過一系列處理獲得電路系統(tǒng)所需的電壓。 25 MC33033蓄電池 穩(wěn)壓電源調(diào)速剎車傳感器 過流采樣驅(qū)動A驅(qū)動B驅(qū)動C無刷直流電機 圖 41 無刷電動機控制 原理圖 直流電動機的控制電路由主芯片、傳感器、橋式開關(guān)電路等組成?？刂破鞴ぷ魇怯妹}沖信號控制功率管的開啟和關(guān)閉時間，決定電動機換向的順序和時間，從而決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 18DZM12 的參數(shù)如下： 表 31 超威電池 18DZM12參數(shù)表 電池型號： 18DZM12 額定電壓： 36V 不同溫度電池容量 (2hr) 40℃ 102% 額定容量(2hr)： 12Ah 25℃ 100% 參考重量(Kg)： 0℃ 85% 長 (mm)： 380 15℃ 70% 寬 (mm)： 151 電池儲存容量 (25℃ ) 存放 3個月 90% 高 (mm)： 102 存放 6個月 80% 總高 (mm)： 102 存放 9個月 60% 容量 (25℃ ) 2hr 140min 最大短路電流 (25℃ ) 100A(5S) 內(nèi)阻 (25℃ ) 完全充電狀態(tài) 12mΩ 第 4章 系統(tǒng)電路設(shè)計 普通無刷電動機控制電路 電動自行車控制器是電動自行車的控制系統(tǒng)，是電動自行車的大腦。 由此，綜上分析本設(shè)計選用鉛酸蓄電池，同時選擇超威電動車電池 18DZM12。目前也已經(jīng)有采用鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品出售。預(yù)計在 2021～ 2021 年期間，當(dāng)鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展時， MH/Ni 蓄電池的市場份額將縮小。已經(jīng)在便攜式信息產(chǎn)品中獲得推廣應(yīng)用。 鋰離子電池是 1990 年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。 但是， NiMH 蓄電池成本太高，價格昂貴。 它具備鎳鎘蓄電池的所有優(yōu)異特性，而且能量密度還高于鎳鎘蓄電池。但是在同等使用情況下選擇膠體鉛酸蓄電池的費用比較高 鎳氫蓄電池（ NiMH） 鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。 膠體鉛酸蓄電池 膠體蓄電池是對液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)。此外，鉛酸蓄電池還有深度放電能力和低溫放電能力較差，不能快速充電，廢電池對環(huán)境有一定污染等缺點。其主要化學(xué)反應(yīng)是： PbO2+2H2SO4+Pb← 充電、放電 → PhSO4+2H2O+PhSO4。它的性能可靠，生產(chǎn)工藝成熟，價格也較低。 圖 38 MC33039 引 腳圖 蓄電池的選 擇 目前能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池 ， 即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。 5腳：輸出端，與 MC33033相連 。 7腳： 接地。 MC33039引腳圖如圖 36各引腳說明如下： 3腳：電機轉(zhuǎn)子各項信號輸入端。 霍爾傳感器信號在線的 正負(fù)沿跳變將使得 MC33039產(chǎn)生一定幅度和寬度的脈沖，其參數(shù)由外接電阻和電容決定。 22 MC33039用于無刷電機的 閉環(huán) 調(diào)速時 向 MC33033輸入與電動機轉(zhuǎn)速成正比例的電壓，有此不需要價格昂貴的測速電機，從而大大提高系統(tǒng)性價比。 圖 37 IR2103 運 用實例 閉環(huán) 無刷電機適配器 MC33039 MC33039 是 MOTOROLA 生產(chǎn)的 高性能 閉環(huán) 速度控制適配器，專門為用于無刷直流電機控制系統(tǒng) 。 主要引腳功能說明：①電源；② 上 管驅(qū)動輸入；③ 下 管驅(qū)動輸入；④地； ⑤ 自舉升壓端 ；⑥上管驅(qū)動輸出；⑦ 接上管源極； ⑧ 下管驅(qū)動輸出 。該芯片是把邏輯電路產(chǎn)生的三相勵磁信號放大機電平移動，滿足三相橋式場效應(yīng)晶體管輸出電路上、下管飽和導(dǎo)通要求。而本系統(tǒng)設(shè)計的就是小功率的無刷直流電機調(diào)速，故滿足系統(tǒng)的要求 。同時 MOSFET 不存在二次擊穿的問題。其二顯著特點就是開關(guān)速度快，工作頻率高。 綜合本文設(shè)計的要求，選擇 MOSFET 最為適合。比較而言，IGBT 的開關(guān)速度低于功率 MOSFET，卻明顯高于 GTR 。 IGBT 集 GTR 通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率 MOSFET 驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點于一身，因此備受人們青睞。 （ 4） 絕緣門極雙極型晶體管（ IGBT) IGBT 可視為雙極型大功率晶體管與功率場效應(yīng)晶體管的復(fù)合。 功率 MOSFET 的缺點是電流容量小、耐壓低、通態(tài)壓降大，不適宜運用于大功率裝置。在開關(guān)電源和 UPS 內(nèi)， GTR 正逐步被功率 MOSFET 和 IGBT 所代替。 由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時間短，在電源、電機控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。 在當(dāng)前各種自關(guān)斷器件中， GTO 容量最大、工作頻率最低。 GTO 有對稱、非對稱和逆導(dǎo)三種類型。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。 即 ()off d off ft t t?? （ 32） MOSFET 是場控器件，在靜態(tài)是幾乎不需要輸入電流。 這段時間稱為下降時間tf 。 即 () r ond ont t t?? （ 31） 當(dāng)脈沖電壓 up 下降到零時，柵極輸入電容 Cin 通過信號源內(nèi)阻 Rs 和柵極電阻RG 開始放電，柵極電壓GSu按指數(shù)曲線下降，當(dāng)下降到 UGSP 時，漏極電流 iD才開始減小，這段時間稱為關(guān)斷延遲時間 t )(offd 。GSu從開啟電壓上升到 MOSFET 進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓 UGSP 這段時間稱為上升時間 tr。 從前沿時刻到GSu=TU并開始出現(xiàn) iD的時刻這段時間稱為開通延遲時間 ()dont 。 MOSFET 的通態(tài)電阻具有正溫度系 數(shù)，這一點對器件的并聯(lián)時均流有利。 其中： DI ， GSU ， TU ， DSU 分別表示漏極電流，柵源間電壓，開啟電壓，漏源間電壓。 其可分為截止區(qū)，飽和區(qū)和非飽和區(qū)三個區(qū)域。 的基本特性 （ 1）靜態(tài)特性 MOSFET 是 電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。 MOSFE 的電氣圖形符號 ,如圖 33所示。對于 N（ P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道的稱增強型。 功率器件 MOSFET 的結(jié)構(gòu) 18 MOSFET 的種類結(jié)構(gòu)繁多，按導(dǎo)電溝道可分為 P溝道和 N溝道。 限流 電路中過流將導(dǎo)致過熱，從而毀壞電動機 。 驅(qū)動輸出 上驅(qū)動輸出 ( 20引腳 )為 NPN型晶體管． 吸入電流為 50mA． 下驅(qū)動輸出 (1l l7腳 )特別適合于驅(qū)動 N溝道 MOSFET或 NPN雙極 型晶體管。當(dāng)直接驅(qū)動霍爾傳感器件時 。另 外，還能輸出足夠的驅(qū)動電壓 。 在死循