电动车无刷电机控制器基本原理及维修要点

电动车无刷控制器基本原理及维修要点 电动车无刷电机控制器 基本原理及维修要点 r_{] 动车采,TJ的电机分有刷电机和无 一J刷电机两种，由于无刷电机具有 噪声低、寿命长的特点，因而在电动车 中获得比较广泛应用。无刷电机的控制 器要比有刷电机控制器复杂得多，在维 修上有一定的难度 因此 本文从无刷 控制器的原理入手介绍维修要点，以期 对广大维修爱好者有所帮助。 基本原理 电动车无刷控制器主要由单片机 主控 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 、功率管前级驱动电路、电 子换向器、霍尔信号 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 电路、转把 信号电路、欠电检测 电路 、限流／过 流检测电路、刹车信号电路、限速 电 路、电源 电路等部分组成 ，其原理框 图如图1所示，下面介绍主要电路的工 作原理 1 电子换向器 无刷 电机与有刷 电机的根本区 别就在于无刷电机用电子换向器代替 了有刷 电机的机械换向器 ，因而控制 方法也就大不相同，复杂程度明显提 高。在无刷电机控制器中，用6个功率 MOSFET管组成电子换向器，其结构如 图2所示。图中MOSFET管＼厂r1、VT4构 成无刷电机A相绕组的桥臂，VT3、VT6 构成无刷电机B相绕组的桥臂，VT5、 v丁2构成无刷电机C相绕组的桥臂 ，在 任何情况，同一桥臂的上下两管不能 同时导通，否则要烧坏管子。 6只功率MOSFET管按一定要求顺 次导通，就可实现无刷电机A、B、C三 相绕组的轮流通 电，完成换相要求， 电机正常运转。 在 电动车无刷电机控制器中，这 6只功率管有二二通电方式和三三通电 方式的运用，二二通 电方式即每一瞬 间有两只功率管同时通 电，三三通电 方式即每一瞬间有三只功率管同时通 电。对于二二通 电方式 ，功率管须按 VT1、VT2；＼厂r2、vT3；＼厂r3、vT4； vT4、vT5；vT5、vT6；VT6、VT1； VT1、VT2⋯⋯的通电顺序 电机才能 正常运转。对于三三通 电方式 ，功率 管须按＼厂r1、vT2、VT3；VT2、VT3、 vT4；VT3、vT4、vT5；VT4、vT5、 VT6；＼厂r5、vT6、＼厂r1；VT6、 VT1、 vT2；VT1、vT2、vT3⋯ ··的次序通 电，电机才能正常运转。 2I功率管前级驱动电路 图 功 率 管 前 级 驱动电路 用来驱动 电子换 向器 的6个 MOSFET管，由于6 个MOSFET管组成 了3个相同的桥臂， 对这3个相同的桥臂 ◎贲礼进 2 的驱动电路是相同的，因而功率管前 级驱动电路是由3组相同结构的电路组 成，图3所示的是 典型的功率管前级 驱动电路，对于 无刷控制器，有3个 这样的电路，分别驱动3个桥臂。 3I单片机主控电路 单片机主控电路是无刷电机控制 器的核心部分，电机的霍尔信号、转 把信号、过流检测信号、刹车信号等 都直接输入给单片机 ，由单片机进行 处理 ，并由单片机输出电子换向器三 个桥臂的前级驱动信号，以控制电机 的运转 ，因而单片机主控 电路是无刷 电机控制器的心脏部分。 单片机PIC1 6F72是 目前电动车无 刷电机控制器的主流控制芯片，图4所 示的是用PIC1 6F72构成的无刷控制器 的典型应用电路 ，它包括了无刷电机 控制器的各主要输入、输出信号，如 图4中的SPSIG端信号，该信号经过电 阻R69；~[3R68组成的网络送入单片机的 第5脚，单片机根据该脚的电压信号变 化 ，决定输出驱动信号的脉宽 ，从而 决定电机的转速 。目前市面上电动车 的转把输出信号电压一般在1～4．2V， 2009．03 无线电 085 维修帮手i Repairing Appliance 图3 它内部是由一个线性霍尔元件和一个磁 体组成，转动转把、磁体移动，霍尔元 件感应变化的磁场而输出夏化的电压。 4_l限速电路 而限 了速度。如图4中把SPLjMT端接 地，~ljR67与R68~,p组成分压电路，隆 低转把信号 (SPSIG)送入单片机的5 脚的电压，从而限制了电动车的最喜 转速。 限速 电路是通过分压 电阻，减小 送入单片机的转把最高电压信号 从 5_霍尔信号检测电路 在图4中，电阻R31～R36、电容 C1 6～C1 8组成霍尔信号检测输入 电 路，电阻R34～R36形成上拉电位，电 容C1 6～C1 8起滤波作用，抑制干扰信 号。单片机的15、16、17脚分别检测 来目电机内的三路霍尔位置信号，以 决定换相对刻。 6．欠压检测电路 在图4中，元件R70、R71、R72、 C23组成电池电压检测电路．检测值送 入单片机的3脚 当该脚检测值低于某 ～ 数值时．可强迫无刷电机控制器不 二作、从而起到保护电池的作用。 7．刹车信号电路 对于 电动 自行车 ，当手把刹车 聍，单片矶得到刹车信号 ，无刷电机 控制器停止输出控 制信号 ，电机 断 电 这称为刹车断电，对于有些无刷 控享J器，当单片机得到刹车信号时 ， 输出控制信号 ，强制电机抱住，使 086无线电 2009．03 图4 电动车无刷控制器基本原理及维修要点 b 电机不能转动，这称为电刹车。 目前市面上电动车的刹车信号有 高电平刹车信号和低电平刹车信号两 种，对于单片机一般只识别其中一种 信号，如果采用电平转换电路 ，则可 识别两种电平的刹车信号。在图4中， 当BK信号端为低电平，则单片机第7 脚得到低电平刹车信号，通知无刷控 制器完成刹车过程。当HBK端为高电 平时，通过电阻R66、R81、R88及三 极管VT20完成电平转换，三极管VT20 的集电极变为低电平，单片机第7脚为 低，通知无刷控制器完成刹车动作。 8．电源电路 在无刷电机控制器中，一般需两组 电源，一个是1 4V电源供功率MOSFET马区 动用，另一个是5V电源，供单片机、电 机霍尔、转把霍尔等电路用。14V电源 一 般由LM31 7调整管得到，5V电源一般 由78L。5得到，电路程式如图5所示。 9．限流／过流保护电路 限流保护是控芾lJ无刷电机控制器 在某一最大限定 电流值下工作，对于 36V控制器，限流值一般在14±1A，对 于48V控制器限流值一般在1 7±1A。限 流保护其实又是过载保护 ，当上坡、 载重必然引起负载加重、电流增大 ， 但电流增大的极限就是限流值。 如图4中，IC6B (LM358)的运 放与 电阻R73、R74、R75、R76及R 构成限流信号检测电路。R 为串接于 MOSFET管上的电阻丝，如图2所示， 因为电机电流通过MOSFET管，也就流 图 6 过RT，当流过电机的电流变化，反应在 R 上就是 两端电压的变化。当流过R 的电流大到限定电流时，此B,1106的第 7脚输出约3V的电压，单片机PIC1 6F72 的2脚得：~J3V电压时，贝l_降低MOSFE 驱动输出信号的占空比，迫使流过电机 的电流下降，即R_上的电流下降，同时 RT上的电压下降，使得IC6的第7脚输出 下降，如此动态调节，保证无刷电机控 制器工作于限流值以下。 过流保护是当电机 电流达到限定 电流时，无刷电机控制器电流仍在上 升，则强迫停止电机供电。IO6A的运放 和R59、R61、R62及R 构成过流保护 检测电路 ，见图4。检测信号由tC6的1 脚输出，送入单片机的21脚。 维修要点 根据笔者在实际工作中的经验， 要修好无刷控制器，可按如下步骤进 行，将会收到事半功倍的效果。 第一步 正确判断无厣J电机控 制 器 的各 引出线功能 。 无刷电机控制器一般具备如下引 出线。 1．电机线 (图6~A线) 无 电机控制器电机线有3根 ，称 为A、B、C相线，一般黄线为A相，蓝 线为B相，绿线为C相 ，但也有例外， 这就要求维修者试着调换3根线的次 序，直到电机运转正常。 2．电源线 (图6中B线) 无刷电机控制器电源线一般用3根 线 ，其中一根细一些 的线 为锁线 ，它是给 无刷电机控制器14V及 5V电源供 电的，另外 两根粗线 (红 、黑 ) 给功率管供电。 3．限速线(图6中c线) 国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规定电动车的最高限速 为20km／h，因此各无刷电机控制器厂 家生产的控制器出厂时都留有如图7 中的D号线 ，当插头插上，则电动车 限速为20km／h，符合国家标准，如断 开，则电动车速度将大于20km／h，方 便用户选择。 4．刹车线 (图6中D线) 刹车线连接到电动车的把手开关 上．当刹车时开关动作，刹车信号送入单 片机，执行刹车断电或刹车抱死动作。 5．速度线 (图6中E线) 速度线与电动车仪表盘中的速度 表相连，在无刷电机控制器内它通过一 限流电阻与电机的某一根相线相连。电 机速度变化，反应在电机相线中电流变 化，则在速度线中电流也变化，反应在 仪表盘中就是速度的变化。 6．转把线 (图6中F线) 转把线连接到电动车转把内的霍 尔上，转把线有3根线 ，分别为电源 正、电源负和信号线，一般红线为电源 正，黑线为电源负，信号线为蓝色。当 转把转动时 ，转把内磁铁相对霍尔运 动，产生由低到高的感应电压信号，该 信号送入单片机，执行调速指令。 7．电机霍尔线 (图6中G线) 电机霍尔线与电机内霍尔相连， 以决定电机换相时刻。霍尔线有5根 线 红为正 ，黑为负，其余3根线为3 个霍尔信号 ，这3根线与 电机相连 ， 2009．03 无线电 087 必 须 次序 正 确 ， 否 则 电机 不 能 正 常运 转 ， 有时需反复调换这 3根线与 电机相 连次序 ， 直到 电机运 转正 常 。 第二 步 目视检 查 打 开 无 刷 电机控 制 器 ， 如 图 7所 示 ， 目视 检 查有无 不 良 ， 重 点检 查 各 导线是否焊接 良好 ， 功率M O S 管 、 14 V 稳 压 管 、 大 电解 电容 、 单 片机 、 振荡 器是 否焊接 良好 ， 如图7中A 、 B 、 C 、 D 、 E标注 的所示 ， 要排除不 良点 。 第三 步 在不 通 电情况 下 用万 用表检 查 1 ． 先用万 用表量外接 电源端对地 阻抗是 否正 常 ， 一 般应大于 2kQ 。 2 ． 分 别测6个 M O S 管 引脚 间有无 短 路现 象 ， 此 点较 为 重 要 ， 无 刷 电机 控制器 (如 M O S 管) 较差 ， 过 流保护 0∞ 无线电 2009 ． 03 c ， 附表 控 制 不 佳 或散 热 做 得 不 好 ， 往 往 会 引 起 M O S 管击穿 ， 如图7中A 部分 。 3 ． 检查 电源稳压 管L M 3 1 7引脚 间 有无短路现 象 。 4 ． 测 7 8L 05 与地 间 阻 抗 是 否 正 常 ， 一 般应大于 1 ． 5 kQ 。 第四 步 在通 电情况 下 测直流 工 作点 测 L M 3 1 7 输 出 (应 为 1 4 V ) 、 78L 05 输 出 (应 为 5 V ) 、 转把线 霍 尔 线 、 助 力线 、 红 线与黑 线 间 电源 (应 为5V ) 。 第五 步 尝试通 电运 转 1 。 只 连 接 电机 线 、 霍 尔 线 、 转 把 线 ， 保证 正 确连 接后通 电试着转动 转 把 ， 先 慢 慢 转动 一 小 段 位 置 (低 速 ) ， 看 电机运 转状态是 否 正 常 ， 如 不 正 常 ， 立 即停机 ， 重 新检 查 。 只 有 电机低 速正 常 ， 方 可 逐 渐提高速度 ， 否则易损坏器件 。 2． 在 电机运 转正 常情况 下 ， 检查 刹车 、 助 力 、 速 度表 、 欠压 、 限流等 功能是否正 常 。 第六 步 故 障排 除 有时故障现 象是 多方 面 因素造成 的 ， 因此 ， 我们要善于透过现象看本质 ， 逐 一 排除点 ， 最后 问题便迎 刃 而 解 ， 附 表是故障现象与原因的几点 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。 总 之 ， 在初步掌握 无 刷控 制器 基 本原理 的基 础 上 ， 按照 以上 所 介绍 的 几 点步骤 维修 ， 将会 收到事半功倍 的 效果 。 本文 旨在抛砖 引玉 ， 许 多维修 技巧还 要靠不 断实践才能融会贯通 。 ④ ￥