【正文】 m。電動(dòng)自行車企業(yè)的產(chǎn)品說明書講一次充電后可行駛 4050Km，其依據(jù)是電池放電時(shí)間在120min 以上，最高車速 20Km/h，這樣算來可以行駛 40Km。電動(dòng)自行車以電動(dòng)騎行，100Km 的電能消耗應(yīng)不大于 。電動(dòng)自行車常用蓄電池組標(biāo)稱電壓一般為 24V、36V、48V，常用為 36V，最高應(yīng)不大于 48V。 電動(dòng)自行車的主要技術(shù)參數(shù)電動(dòng)自行車主要技術(shù)參數(shù)包括四部分： 整車主要技術(shù)參數(shù)； 蓄電池主要○ 1 ○ 2技術(shù)參數(shù)； 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)； 控制器主要技術(shù)參數(shù)。 整車主要技術(shù)參數(shù)外形尺寸：長寬高（mm）千鶴牌：24in18405901100 英克萊牌：24in17355901050 22in17905901100 22in16506301045前后輪中心距（mm）24in123022in1205整車品質(zhì)（Kg，不應(yīng)大于 40Kg）一輛電動(dòng)自行車的整車質(zhì)量一般為 3035Kg。最高車速（Km/h）一輛電動(dòng)自行車的最高車速為 20Km/h 左右。 蓄電池主要技術(shù)參數(shù)蓄電池的類型：在電動(dòng)自行車中，常用的蓄電池有鉛酸電池，還有鎳氫電池，鋰電池。標(biāo)稱電壓：在電動(dòng)自行車中，常見蓄電池的標(biāo)稱電壓有 24V、36V、48V三種。同時(shí)蓄電池使用壽命也是本系統(tǒng)的一個(gè)重要因素，影響蓄電池壽命的因素可分為三個(gè)方面：首先是蓄電池本身的性能和質(zhì)量；其次是電動(dòng)自行車系統(tǒng)中的各個(gè)因素；第三方面是使用者的使用情況。如果電動(dòng)機(jī)效率范圍窄，經(jīng)常工作在低效率區(qū)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部容易發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時(shí)，磁性材料就會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的退磁，久而久之效率進(jìn)一步下降，從而進(jìn)入惡性循環(huán)，即使跟換了電池也會(huì)無濟(jì)于事。電動(dòng)機(jī)額定電壓常見的電動(dòng)機(jī)額定電壓時(shí) 36V，少數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓時(shí) 24V 或 48V。m）電動(dòng)自行車的輪廓額定輸出轉(zhuǎn)矩為24in 輪廓額定轉(zhuǎn)矩22in 輪廓額定轉(zhuǎn)矩 控制器主要技術(shù)參數(shù)控制的額定電壓控制器的額定電壓一般為 24V、36V、48V 三檔。 電動(dòng)自行車的電機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)自行車是具有電力驅(qū)動(dòng)，腳踏驅(qū)動(dòng)，電力和腳踏并用等功能的綠色環(huán)保交通工具。電動(dòng)自行車的控制框圖如圖 21 所示，蓄電池通過控制器給電機(jī)供電，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)自行車行進(jìn)?？刂破?電機(jī)調(diào)速手柄傳感器蓄電池21 電動(dòng)自行車控制框圖電動(dòng)自行車控制器由外圍器件和主芯片組成，主芯片是由 PWM 發(fā)生器電路，功率器件驅(qū)動(dòng)電路，處理電路，過流與欠壓保護(hù)電路，控制功率管導(dǎo)通時(shí)間的驅(qū)動(dòng)電路以及輸入輸出端口等集成在一起而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)芯片?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)質(zhì)量，特性，所采用的微處理器的功能，功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響著控制器本身的性能和效率。 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理無刷直流電機(jī)的基本工作原理是利用轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)組件，使電樞繞組依一定順序通電，從而在旋轉(zhuǎn)磁場，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖 22 所示。其線圈繞在定子上，一般定子繞組制成多相，轉(zhuǎn)子由永磁材料制成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等）,本設(shè)計(jì)選用常用的三相，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定的極對數(shù)（2p= 2 , 4 ， … … ）組成。當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)變換成電信號(hào)，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。因此平常所說的無刷直流電動(dòng)機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開關(guān)線路、電動(dòng)機(jī)本體及位置傳感器三部分組成的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。13直流電源 邏輯變換 功率驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子位置傳感器圖 23 無刷直流電機(jī)的工作原理簡圖無刷直流電機(jī)借助轉(zhuǎn)子的位置傳感器信號(hào)，通過電子換相線路去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率開關(guān)組件，使電樞繞組依次得電，從而在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷直流電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無電刷換相，首先要求把一般直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，這與有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。所以，無刷直流電機(jī)除了由定子、轉(zhuǎn)子組成電機(jī)本體外，還需要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同構(gòu)成的換向裝置，使得無刷直流電機(jī)的運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永久磁場，在空間始終保持在 左09右的電角度，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：(1) 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 。對于要求在一定范14圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，這種方法最好。(2) 改變電機(jī)的主磁通 。因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場多由永磁鐵產(chǎn)生，所以這種調(diào)速方法不適用于無刷直流電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用，而對于無刷直流電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速多采用調(diào)壓調(diào)速。 無刷直流電機(jī)的位置檢測無刷直流電機(jī)運(yùn)行是通過逆變器功率器件隨轉(zhuǎn)子不同位置相應(yīng)改變其不同觸發(fā)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)子的位置檢測最直接、有效的方法就是利用位置傳感器得到不同的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。直流無刷電動(dòng)機(jī)（BLDC）的位置傳感器主要包括三種：光點(diǎn)式位置傳感器、電磁式位置傳感器、以及霍爾式位置傳感器。所以，在早期時(shí)候用的多，現(xiàn)在已逐漸退出應(yīng)用。遮光板上開有 120 度的扇形開口，數(shù)目等于無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的級(jí)對數(shù)。這樣，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光板使光敏接收組件輪流接收光信號(hào)，產(chǎn)生不同的輸出，所以根據(jù)輸出就可以判斷轉(zhuǎn)子所處的位置。霍爾效應(yīng)，在長方形半導(dǎo)體薄片上通入電流 I，當(dāng)在垂直于薄片的方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場時(shí)，則在與電流 I 和磁場強(qiáng)度 B 構(gòu)成的平面相垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢 E，稱為霍爾電動(dòng)勢，其大小為： 其中 K 為靈敏度系數(shù)BIK??當(dāng)磁場強(qiáng)度方向與半導(dǎo)體薄片不垂直，而是成 ?角時(shí)，霍爾電動(dòng)勢大的大小改為： ?cos霍爾組件放大裝置VCCUo 輸出GND圖 24 霍爾位置傳感器的工作原理圖所以，利用永磁轉(zhuǎn)子的磁場，對霍爾半導(dǎo)體通入直流電，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場大小和方向隨著它的位置不同而發(fā)生變化時(shí)，霍爾半導(dǎo)體就會(huì)輸出霍爾電動(dòng)勢，其大小和相位隨轉(zhuǎn)子位置而發(fā)生變化，從而起到了檢測轉(zhuǎn)子位置的作用。在本次開發(fā)的控制系統(tǒng)中，也是采用霍爾式傳感器來檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。工作電壓范圍寬，10V30V片內(nèi)含有欠壓鎖定片內(nèi)有基準(zhǔn)電壓源具有熱保護(hù)和限流電路大電流驅(qū)動(dòng)器能方便地選擇相角外圍控制電路簡單使用和調(diào)節(jié)方便性價(jià)比高 11020BTACT正 轉(zhuǎn) /反 轉(zhuǎn) SC基 準(zhǔn) 電 壓 輸 出振 蕩 器轉(zhuǎn) 速 控 制 腳內(nèi) 部 放 大 器 輸 入 內(nèi) 部 放 大 器 輸 出過 流 信 號(hào) 輸 入地VBA6176。各引腳功能如下：1720腳：上臂驅(qū)動(dòng)輸出端。6腳：傳感器信號(hào)輸入端。8腳：振蕩器輸出端。10腳：內(nèi)部大器反相輸入端。12腳：過流信號(hào)輸入端。14腳：電源1ll7腳：下臂驅(qū)動(dòng)輸出端。19腳：使能端，用做剎車斷電及保護(hù)作用?，F(xiàn)對其中主要部分作些分析：轉(zhuǎn)子位置譯碼器轉(zhuǎn)子位置譯碼器的傳感器信號(hào)輸入端為引腳6，譯碼器能使上下驅(qū)動(dòng)以適當(dāng)?shù)捻樞蚬ぷ?。該譯碼器有專門設(shè)計(jì)的角度選擇腳(22腳)，它可以選擇傳感器最常用的電相角60186。、240186。因?yàn)橛腥齻€(gè)傳感器輸入，所以譯碼器共有8種可能的輸入組合碼，但只有6種是有效的轉(zhuǎn)子位置，其他兩種是由傳感器開路或短路 圖 32 MC33033 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖18引起的，因而是無效的。電角度為l步可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子的位置。例如當(dāng)輸入碼為100時(shí)，引腳3的電平從高變低就使得具有相同的字母標(biāo)號(hào)的上驅(qū)動(dòng)和下驅(qū)動(dòng)輸出內(nèi)容相互交換，即A T、A B、B T和B B、C B、C T相互交換，這樣就改變了換流順序，從而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)?shù)?9腳斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于正常工作狀態(tài)當(dāng)?shù)?9腳接地時(shí)．上驅(qū)動(dòng)輸出處于截止?fàn)顟B(tài)，下驅(qū)動(dòng)輸出處于低電平狀態(tài)，這樣電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)直至停止。在死循環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，能方便地利用該放大器所具有的高性能全補(bǔ)償特點(diǎn)來進(jìn)行控制。另外，還能輸出足夠的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)直接驅(qū)動(dòng)霍爾傳感器件時(shí)。驅(qū)動(dòng)輸出上驅(qū)動(dòng)輸出(20引腳)為NPN型晶體管．吸入電流為50mA．下驅(qū)動(dòng)輸出(1ll7腳)特別適合于驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET或NPN雙極型晶體管。限流電路中過流將導(dǎo)致過熱，從而毀壞電動(dòng)機(jī)。19 功率器件 MOSFET 的結(jié)構(gòu)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。對于 N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱增強(qiáng)型。MOSFE 的電氣圖形符號(hào),如圖 33 所示。 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。其可分為截止區(qū)，飽和區(qū)和非飽和區(qū)三個(gè)區(qū)域。其中： ， ， ， 分別表示漏極電流，柵源間電壓，開啟電壓，DIGSUTDS漏源間電壓。MOSFET 的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，這一點(diǎn)對器件的并聯(lián)時(shí)均流有利。從前沿時(shí)刻到 =GSuTUDGSu并開始出現(xiàn) i 的時(shí)刻這段時(shí)間稱為開通延遲時(shí)間 。 從開啟電壓上升到 MOSFET 進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓 U 這段時(shí)間稱S SP為上升時(shí)間 t 。即r on （3()ond??1）當(dāng)脈沖電壓 u 下降到零時(shí)，柵極輸入電容 C 通過信號(hào)源內(nèi)阻 R 和柵極電p ins阻 R 開始放電，柵極電壓 按指數(shù)曲線下降，當(dāng)下降到 U 時(shí)，漏極電流 iGGS GSP才開始減小，這段時(shí)間稱為關(guān)斷延遲時(shí)間 t 。 。MOSFET 的的關(guān)斷時(shí)間 t 為關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。但是，在開關(guān)過程中需要對輸入電容沖放電，仍需要一定的驅(qū)動(dòng)功率。 功率器件的選擇（1）門極可關(guān)斷晶閘管(GTO 目前已達(dá) 9kV/25kA/800hZ 及 6hZ/6kA/1kHz 的水平。與對稱 GTO 相比，非對稱 GTO 通態(tài)壓降小、抗浪涌電流能力強(qiáng)、易于提高耐壓能力（3000v 以上） 。（2）大功率晶體管（GTR） GTR 是一種電流控制的雙極雙結(jié)電力電子器件，產(chǎn)生于本世紀(jì) 70 年代，其額定值已達(dá) 1800V/800A /2kHz、1400v/600A/5kHz 、600V/3A /100kHz 。GTR 的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。 （3）功率 MOSFET功率 MOSFET 是一種電壓控制型單極晶體管，它是通過柵極電壓來控制漏極電流的，因而它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡單、驅(qū)動(dòng)功率??；僅由多數(shù)載流子導(dǎo)電，無少子存儲(chǔ)效應(yīng)，高頻特性好，工作頻率高達(dá) 100kHz 以上，為所有電力電子器件中頻率之最，因而最適合應(yīng)用于開關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱等高頻場合；沒有二次擊穿問題，安全工作區(qū)廣，耐破壞性強(qiáng)。目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz 和 60V/200A/2MHz 。通過施加正向門極電壓形成溝道、提供晶體管基極電流使 IGBT 導(dǎo)通；反之，若提供反向門極電壓則可消除溝道、使 IGBT 因流過反向門極電流而關(guān)斷。它的研制成功為提高電力電子裝置的性能，特別是為逆變器的小型化、高效化、低噪化提供了有利條件。 IGBT 的通態(tài)壓降同 GTR 相近，但比功率 MOSFET 低得多；IGBT 的電流、電壓等級(jí)與 GTR 接22近，而比功率 MOSFET 高。因?yàn)?MOSFET 是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)特點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。另外 MOSFET 的熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。但是 MOSFET 的電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW