电动车控制器的工作原理与常见故障资料

电动车控制器的工作原理与常见故障资料技术类别：电动车发布时间：2009-8-23人气指数：237436V通用型电动车无刷控制器电路剖析一、概述电动‘车无刷控制器不仅控制无刷电机启动运转和调速，还要向其提供三相互为1200的交流脉冲作为驱动电源。虽然无刷控制器电路较多，但组成基本一致，主要由稳压电源、信号处理芯片、驱动电路，以及3组·大功率MOS管组成，如图1所示。稳压电源将+36V或48V电压稳压成+15V、+5V或其他低压，作为控制器中各Ic的工作电压；信号处理芯片根据转把及闸把信号，输出相应的上三路和下三路MOS管驱动信号；驱动电路则将驱动信号整形放大，以保证大功率MoS管深度导通与截止。无刷控制器的电路主要有两大类：一是以摩托罗拉专用集成电路MC3303x系列为主组成；二是用MCU单片作主芯片，通过编程来满足需要。目前．市场产品以前者为主。下面以一款36V通用型电动车无刷控制器为例进行介绍。该控制器实物如图2所示．实绘电路及实测数据见本书第357页。二、电路分析+1．稳压电路该控制器的稳压电路如图3所示(图中元件位号为自编号)。其电路较简单，采用电阻降压、稳压二极管稳压，此方式已被越来越多的无刷控制器所采用。由于该控制器采用了无刷电机专用控制芯片MC33035，加之驱动电路供电由NE555升压后供给，所以对稳压电源的输出功率要求较低，采用稳压二极管稳压即能满足需求。电池电压+36V一路经R1降压‘、．c1滤波后得到约+14．4V电压，为MC33035DW及过流、欠压检测IC(LM358)供电；另一路经R．2、I)4、C2稳压至6．5V，为转把及霍尔供电(此电压在控制器所附的接线说明图中标注为5V，但实测为6．5V)。另外，此电源中31．6V的取法较特殊，利用稳压二极管D3的稳压特性，将R3和D4上的电压稳压为+31．6V，作为NE555的供电电源。图中D1为防反接二极管，防止因电池正负极连接错误损坏电路。值得一提的是，该电路中的稳压二极管的型号标注分别为4744．、4743、4735，其实测稳压值分别为14．4V、12．2V、6．5V。此类稳压二极管标注不同于常规标法，难以通过型号得知其稳压值。实修中，可换用相同或相近稳压值的稳压二极管，但功率应不小于1W。说明：图3中所标电压为外加+33．2V直流电源时的实测值．下同。2．升压电路’在讲升压电路之前，有必要说明为何要设升压电路。由于新型无刷控制器的桥式功率管(上管及下管)无一例外地使用了大功率的N沟道MOS管(即NMOS管)，而NMOS管的深度导通条件是G、S极间电压应大于10V。从上管与下管的连接关系可知．当上管导通后，其S极电压等于电源电压。此时，若要使上管深度导通，则需在其G极加上高于电源电压10V的电压。为此，电路中应设有升压电路或自举电路，以保证加在上管G极的电压高于电源电压10V以上。本控制器的升压电路以NE555为核心组成，电路如图4所示。这里用时基电路NE555构成振荡器。图中C14为振荡电容，R15为放电电阻，Ikl4与R15串联为充电电阻。加电瞬问，+31．6V电压一路经R14、R15给C14充电；另一路经D6、D5给C12I充电。当NE555①脚电压升至约20V时，以INE555为核心构成的无稳态振荡器：【作，③l-输出脉冲．在输出为低电平期间，+31．6VI电压经D6给c3充电，c3右端电位高于左I端．当c3两端电位差约15V时，NE555③I膏输出高电平，c3左端电位为+31．6V。此I；{I}，C3右端电位约为31．5V+15V，D6截止，iD5导通，C12f二端电压很快升至46．5v。。升压电压输出的+46．5V电压用于驱动三相桥式功率开关管的上管c·3．信号处理电路该控制器的信号处理电路如图5所示。电路采用高性能第二代单片无刷电机控制芯片MC33035。该IC内含正确整流时序的转子位置译码器，频率可编程的锯齿波振荡器及误差信号放大器等电路，并具有欠压锁定、过流／过热关断等功能。提示：MC33033、MC33034、MC33035等为系列同类产品，MC33034在国外应用最普遍，国内则较多地采用MC33035，它们的功能和组成大同小异，只是MC33034简化了MC33035中部分辅助功能引脚，并采用双列DS0-20脚塑封。(1)关键引脚介绍接通电源后，MC33035∞脚为A、B、C相位置传感器输入，IC内部电路根据此三脚电平的高低，译码输出正确时序的A、B、c上下驱动信号，分别从②、⑨、①、⑩、@、⑩脚输出。’MC33035⑧脚为参考电压输出端，其电压值为6．25V。该电压一方面作为MC33035⑩脚外接振荡定时电容的充电电源，另一方面作为LM358的②、⑤脚的基准电压。MC33035的⑧脚为内部误差信号放大‘器反相输入端，其电位高低将决定A、B、C输出脉冲的占空比，即电机的转速。此脚外接刹车把和调速把。刹车时，刹车蓝线与地线短接，MCl13035的⑩脚电压被拉低至0V，无驱动脉冲输出；调速时，转把的调速电压(TS)经R6加到MC33035的⑨脚。转。动调速把，TS电压不同，MC33035将据此输出不同占空比的脉冲，达到调速的目的。MC33035的④脚为600／1200相角无刷电机控制选择端。高电平时控制600电机，低电平时控制1200电机。在更换控制器时，无刷控制器相角必须和无刷电机相角一致，否则电机不会转动。MC33035的④脚为输出使能端，低电平时允许电机运行，高电平时电机停止运行。部分控制器该脚外接刹车信号，将此脚作为刹车控制端。＼(2)过流及欠压保护MC33035⑦脚为输出使能端，高电平时电机转动。LM358@脚外接由康铜丝做成的O．01fl过流检测电阻。桥式功率驱动电路的工作电流在此电阻上形成的电压作为过流检测信号，从LM358@脚输入，作为反相输人信号，而⑧脚的同相输入信号由MC33035⑧脚输出的基准电压经R3、R4分压所得。正常工作时，⑤脚电压高于⑥脚电压，LM358⑦脚输出高电平，D2截止，不拉低MC33035⑦脚电压；若输出过流时，rM358@脚电压将高于⑤脚电压，LM358(D脚输出低电平，D2导通，使MC33035@脚也是低电平，电机停转，达到过流保护的目的。‘电池电压经R1、R2分压后加到LM358③脚，作为同相输入信号，MC33035⑧脚输出的6．25V基准电压直接加到LM358的②脚，作为反相输入信号。电池电压为36V时，LM358⑧脚电压约7．2V，高于②脚电压，LM358④脚输出高电平，D4截止，不影响MC33035的工作状态；当电池电压下降至31V时，LM358⑧脚电压将低于6．25V，LM358q)脚输出低电平，D4导通，MC33035的@脚电压降至近0V，电机停转，以防止蓄电池过度放电o4．后级驱动电路无刷电机控制器设有A、B、C三组驱动电路，其电路连接关系相同。下面以A相驱动为例加以介绍。A相驱动电路如图6所示。图中Q2、R19、R16、稳压管D7组成电子开关电路。以NE555为核心的升压电路输出的+46V电压加到Q2的发射极。当MC33035@脚输出低电平时，在I)7的稳压作用下，D7负端电压为31V，Q2导通，+46V电压经Q2e-c结、R18加至A相驱动上管的G极，使此管深度导通；当MC33035②脚输出高电平时．等效于悬空状态，D7负端电压等于+46V，Q2截止．A相上端管因无GS偏压而截止。一旦电子开关Q2由导通变成截止，Q2C极电压降至0V，Q1由截止转为导通，迅速释放驱动上管导通时G—S极间电容所储存的电荷，使上管迅速可靠地截止。当MC33035的⑧脚输出高电平时，A组驱动下管导通。同样，Q3作用是为了泄放下管导通时G-S极间的储存电荷，使下管迅速可靠地截止。需要说明的是，A、B、C三相驱动的六只驱动管中，某一时刻只能有两只导通，并且同组中的两只不可能同时导通。这六只管子的导通时序由MC33035根据输入的霍尔信号及无刷电机相角决定。