电动车无刷控制器硬件电路解释4649335
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电动车无刷控制器原理图(mc33033) 2007/05/04 01:0048V500W有刷电摩控制器电原理图2007/05/15 17:13几款有刷电动自行车控制器2007/05/14 03:51伟星有刷电机控制器图片看不清者,可以右键另存为在本机上查看一款带继电器的有刷电机控制器ZKC3615MZ有刷电机控制器新旭WMB型24V280W有刷电机控制器电动车充电器原理及维修常用电动车充电器根据电路结构可大致分为两种。
第一种是以u c3842驱动场效应管的单管开关电源,配合LM358双运放来实现三阶段充电方式。
其电原理图和元件参数见图表1点击图片在新窗口查看清晰大图图表1工作原理:220v交流电经T0双向滤波抑制干扰,D1整流为脉动直流,再经C11滤波形成稳定的300V左右的直流电。
U1 为TL3842脉宽调制集成电路。
其5脚为电源负极,7脚为电源正极,6脚为脉冲输出直接驱动场效应管Q1(K1358) 3脚为最大电流限制,调整R25(2.5欧姆)的阻值可以调整充电器的最大电流。
2脚为电压反馈,可以调节充电器的输出电压。
4脚外接振荡电阻R1,和振荡电容C1。
T1为高频脉冲变压器,其作用有三个。
第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。
第二是起到隔离高压的作用,以防触电。
第三是为uc3842提供工作电源。
D4为高频整流管(16A60V)C10为低压滤波电容,D5为12V稳压二极管, U3(TL431)为精密基准电压源,配合U2(光耦合器4N35) 起到自动调节充电器电压的作用。
调整w2(微调电阻)可以细调充电器的电压。
D10是电源指示灯。
D6为充电指示灯。
R27是电流取样电阻(0.1欧姆,5w)改变W1的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流(200-300 mA)通电开始时,C11上有300v左右电压。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1:(原文件名:1.gif)图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:(原文件名:2.gif)图2:电路框图电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
(原文件名:3.gif)图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。
各引脚应用如下:1:MCLR复位/烧写高压输入两用口2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。
正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。
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。
电动自行车控制器电路及原理大全目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机,对直流电机调速的控制器有很多种类。
电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器,而一款完善的控制器,还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。
电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。
电动自行车使用小功率的,货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。
从配合电机分,可分为有刷、无刷两大类。
关于无刷控制器,受目前的技术和成本制约,损坏率较高。
笔者认为,无刷控制器维修应以生产厂商为主。
而应用较多的有刷控制器,是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。
本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路,并指出与其他产品的不同之处及其特点。
所列电路均是根据实物进行测绘所得,图中元件号为笔者所标。
通过介绍具体实例,达到举一反三的目的。
1.有刷控制器实例(1)山东某牌带电量显示有刷控制器电路方框图见图1。
1)电路原理电路原理图见图2所示,该控制器由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。
稳压电源由V3(TL431),Q3等元件组成,从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压,给控制电路供电,调节VR6可校准+12V电源。
PW M电路以脉宽调制器TL494为核心组成。
R3、C4与内部电路产生振荡,频率大约为12kHz。
H是高变低型霍尔速度控制转把,由松开到旋紧时,其输出端可得到4V—1V的电压。
该电压加到TL494的②脚,与①脚电压进行比较,在⑧脚得到调宽脉冲。
②脚电压越低,⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽,电机转速越高,电位器VR2用于零速调节,调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。
电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。
电机MOTOR为永磁直流有刷电机。
TL494的⑧脚输出的调宽脉冲,经Q1反相放大驱动V DMOS管Q2。
TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽,则Q2导通时间越长,电机转速越高。
直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计摘要:电控系统是电动自行车的核心部件,其控制器的性能是决定电动自行车稳定可靠运行的重要因素。
本文主要对于直流无刷电机电动自行车控制器的硬件设计相关技术进行分析,对于今后电动车控制系统设计具有一定帮助。
关键词:直流无刷电机控制器,电源转换,硬件设计,电路设计电动自行车控制器的硬件部分分成以下部分[1,2]:电源部分是利用控制器的电源VSS经过电压转换产生+5V和+15V,分别供给单片机及其外围部分和IOR2103功率驱动部分,VSS提供MOSFET管的电源输入;欠压检测部分把VSS通过电阻分压送入单片机与设定电压比较来判断电源是否欠压;换相电路通过74HC08与非门产生跟电机相位序列一致的控制序列,经过霍尔传感器利用反电势原理的位置信号,把该信号的状态与电机的固定序列进行比较判断换相的正确性;MOSFET驱动电路由IOR2103把上管和下管控制信号进行放大,从而来驱动大功率管。
1 芯片选型设计硬件前有许多准备工作需要做,他们是硬件设计的基础主要有芯片选型芯片选型。
在电动自行车无刷电机控制器这样一个应用场合来说,根据对控制器的要求有多种数据处理芯片可供选择。
若控制方法复杂、运算量较大,精度性能要求较高,可以选用OSP高性能芯片船1。
若运算量较小,速度要求不特别高,主要运算为逻辑运算,而且输出I/O口较多,则应用单片机设计较好。
单片机的好处是自带I/O接口、PWM模块、捕捉/比较功能、外中断、内部定时器甚至通讯、自编程等功能方便实现用户功能的同时大大减少外围电路、降低成本和可靠性。
目前市场上单片机种类型号非常多,多家公司在生产,各有所长。
这其中,MICROCHIP公司的PIC系列单片机型号尤其丰富,内部功能模块配置多样、齐全,12位、14位、16位及32位(按指令长短区分)一应俱全,以适应市场细分化的趋势而取得销售份额的增长。
所以,此次研究的控制器,采用PIC单片机。
「图解」电动车无刷电机控制器驱动电路图“旺材电机与电控”提醒您不要走开,文末有福利!·无刷直流电动机的组成与工作原理(1)无刷电动机的组成无刷直流电动机由转子和定子两大部分组成,如图3所示。
(2)无刷直流电动机的工作原理无刷直流电动机采用方波自控式永磁同步电动机,以霍尔传感器取代电刷换向器,霍尔传感器的信号线传递电动机里面磁钢相对于绕组线圈的位根据3个霍尔传感器的信号能知道此时应该怎样给电动机的线圈供电(不同的霍尔信应该给电动机绕组提供相对应方向的电流),也就是说霍尔传感器状态不一样,线圈的置号电流方向不一样。
霍尔信号传递给控制器,控制器通过粗线(不是霍尔线)给电动机绕组供电,电动机旋转,磁钢与绕组(准确地说是缠在定子上的线圈,其实霍尔一般安装在定子上)发生转动,霍尔传感器感应出新的位置信号,控制器粗线又给重新改变电流方向的电动机绕组供电,电动机继续旋转(当绕组和磁钢的位置发生变化时,绕组必须对应地改变电流方向,这样电动机才能继续向一个方向运动,否则电动机就会在某一个位置左右摆动,而不是连续旋转),这个过程就是电子换向。
无刷直流电动机由直流电源供电,借助位置传感器来检测转子的位置,所检测出的信号触发相应的电子换相线路,以实现无接触式换相。
无刷直流电动机用电子开关和位置传感器代替电刷及换向器,将直流电转换成模拟三相交流电,通过调制脉宽,改变其电流大小来改变转速。
直流无刷电机的控制结构直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响:N=120.F/P。
在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
电动车控制器原理图解————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:电动车控制器原理图解单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片,配合2只74HC27(3输入或非门电路);1只74HC04D(反相器);1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放),组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器,具有60°和120°驱动模式自动切换功能,其基本组成框图见图l。
实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外,均为开锁停车状态数据)。
一、电路简介与自检开通电门锁,48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器,一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用,另一路送入U13、U14、U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。
单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体,①脚外接R13、C25组成复位电路,电门锁开锁,单片机得电工作后即进入初始化自检状态,它主要检测:1.由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。
2.由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V,①脚输出约3.6V)。
3.转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。
4.刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。
5.电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V,其他为0V)。
自检后的状态由LED2显示结果,以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。
闪l停l--自检正常通过闪2停l--欠压闪3停l--LM358故障闪4停1--电机霍尔信号故障闪5停l--下管故障闪6停l--上管故障闪7停1--过流保护闪8停l--刹车保护闪9停1--手把地线断开闪10停1--手把信号和手把电源线短路闪l停11--上电时手把信号未复位若自检正常通过,当转动转把时,U6根据转把输出电压的大小,将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合,从而达到控制无刷电机速度的目的,不同的速度对应不同的电机电流,同时行驶速度与电机换相频率成正比。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1:(原文件名:1.gif)图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:(原文件名:2.gif)图2:电路框图电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
(原文件名:3.gif)图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。
各引脚应用如下:1:MCLR复位/烧写高压输入两用口2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。
正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。
电动车无刷马达控制器硬件电路详解本文以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:图2:电路框图电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT 的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。
字串1各引脚应用如下:1:MCLR复位/烧写高压输入两用口2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。
正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。
6:数字量输入口:1+1助力脉冲信号输入口,当骑行者踏动踏板使车前行时,该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号,该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。
无刷电机控制器的功能特点∙可进行简单的变速控制所有重要电流均由一个单独的外接电阻器决定,设置比较简单电机起动和停止可以利用电路的电源完成起动定时序列由两个电容器完成可独立运行控制功能,且外围电路简单采用了新的反电势换向技术,能提供最小的无抖动转矩可进行最大效率的控制具有换向PLC,可有效抑制PWM尖峰噪声信号无刷电机控制器的构成∙电动车无刷控制器主要由单片机主控电路、功率管前级驱动电路、电子换向器、霍尔信号检测电路、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,其原理框图如图所示。
无刷电机控制器的原理∙ 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VT1、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、VT2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;VT2、VT3;VT3、VT4;VT4、VT5;VT5、VT6;VT6、VT1;VT1、VT2¼¼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VT1、VT2、VT3;VT2、VT3、VT4;VT3、VT4、VT5;VT4、VT5、VT6;VT5、VT6、VT1;VT6、VT1、VT2;VT1、VT2 、VT3¼¼的次序通电,电机才能正常运转。
电动车无刷控制器硬件电路解释2009-07-08 08:25电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源,无刷电机以其相对有刷电机长寿,免维护的特点得到广泛应用,然而由于其使用直流电而无换向用的电刷,其换向控制相对有刷电机要复杂许多,同时由于电动车负载极不稳定,又使用电池作电源,因此控制器自身的保护及对电机,电源的保护均对控制器提出更多要求。
自电动车用无刷电动机问世以来,其控制器发展分两个阶段:第一阶段为使用专用无刷电动机控制芯片为主组成的纯硬件电路控制器,这种电路较为简单,其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不是这里的主题,所以也不作深入介绍。
第二阶段是以MCU为主的控制芯片。
这是这篇文章介绍的重点,在MCR版本的设计中,揉和了模拟、数字、大功率MOSFET驱动等等许多重要应用,结合MCU智能化控制,是一个非常有启迪性的设计。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1:电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。
各引脚应用如下:1:MCLR复位/烧写高压输入两用口2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。
正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4 模拟/数字量输入口:由于电机的位置传感器排列方法不同,该口的电平高低决定适合于哪种电机,目前市场上常见的有所谓120°和60°排列的电机。
有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小,以适合不同的力度需求。
5:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
6:数字量输入口:1+1助力脉冲信号输入口,当骑行者踏动踏板使车前行时,该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号,该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。
7:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。
8:单片机电源地。
9:单片机外接振荡器输入脚。
10:单片机外接振荡器反馈输出脚。
11:数字输入口:功能开关112:数字输入口:功能开关213:数字输出口:PWM调制信号输出脚,速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。
14:数字输入口:功能开关315、16、17:数字输入口:电机转子位置传感器信号输入口,单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电,从而使电机始终向需要的方向转动。
这个信号上面讲过有120°和60°之分,这个角度实际上是这三个信号的电相位之差,120°就是和三相电一样,每个相位和前面的相位角相差120°。
60°就是相差60°。
18:数字输出口:该口控制一个LED指示灯,大部分厂商都将该指示灯用作故障情况显示,当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。
19:单片机电源地。
20:单片机电源正。
上限是5.5V。
21:数字输入口:外部中断输入,当电流由于意外原因突然增大而不在控制范围时,该口有低电平脉冲输入。
单片机收到此信号时产生中断,关闭电机的输出,从而保护重要器件不致损坏或故障不再扩大。
22:数字输出口:同步续流控制端,当电流比较大时,该口输出低电平,控制其后逻辑电路,使同步续流功能开启。
该功能在后面详细讲解。
23--28:数字输出口:是功率管的逻辑开关,单片机根据电机转子位置传感器的信号,由这里输出三相交流信号控制功率MOSFET 开关的导通和关闭,使电机正常运转。
有了智能化的控制中心,就需要有其它电路来为其服务,我们在这里从头开始介绍。
一、电源部分控制器有三组电源,第一组当然是提供总能源的电池,板子上的电解电容C1:1000μF,63V)C11:47μF,63V及C13,C33:0.1μF63V是退耦用的,用于消除由于电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰,由于工作在大电流、高频率、高温状态下,特别对电解电容有损耗角小、耐高温的要求,普通的电解电容容易发热爆裂。
第二组电源提供12-15V的电压,这组电压主要提供给MOSFET的开通电压,由于场效应管的驱动要求比较特殊,必须有10V 以上20V以下的电压才能很好导通,所以必须有合适的电压供给,同时该组电压也为后面5V稳压块提供预稳压。
这组电压由LM317提供,输出大约13.5V。
由于LM317的输入输出压差不能超过40V,而输入电压可能高达60V,因此在前面加了一个330Ω,2W的电阻,既预先降压,又替317分担了一部分功耗。
第三组电源是5V,由LM78L05提供,由于78L05提供的最大电流只有100mA,所以另并联了两个1.5K的电阻以扩流,同时也分担一部分功耗。
在整个系统中,对5V电源的要求比较高,不单单是因为逻辑电路,MCU等的电源电压都不能过高,而且由于MCU的所有AD转换都是以5V电压为基准,所以当5V不准时会出现电流,欠压值,手柄控制等均不能达到设计要求的情况,甚至不能动作,因此该电压的范围应被严格限制在4.90-5.10V之间。
二、信号输入与预处理部分这部分电路包括电源电压输入、工作电流比较,放大输入、手柄电压输入、电机转子位置传感器的霍尔信号输入、刹车信号输入及各种其它功能开关信号输入等。
1.电源电压输入:由于MCU只接受0-5V的信号,所以电源电压必须经过分压才能输入MCU。
2.工作电流放大、输入U3A是一个放大电路,它将康铜丝R55采样过来的电流信号经过6.5倍放大送入单片机。
最早的设计在R23上并联了一个0.1μF 的电容组成低通放大器,后来为了更好地实时检测电流,将该电容去掉,这样放大后的电压和电流的实际变化基本一致以便MCU 采样值更接近于实际值。
U3B是一个比较器接法,实际也是一个比较器,正常时的电流绝对不会让该比较器翻转,当电流由于某种原因突然增大到一定程度,该比较器翻转从而触发单片机的外部中断,单片机就会完全关闭电机的输出进入保护状态,避免故障进一步扩大。
这里有人会问,为什么放大器的放大倍数取得这么小,如果放大倍数再大一点的话,单片机经过AD转换后的数字相对比较大,分辨率可以做得比较高,何乐而不为呢?这种想法是有道理的,但是限于LM358的频率响应不够高,15KHZ(PWM的工作频率大约为15.6K)的方波经358放大之后变成梯形波了,我们目前对电流峰值的采样应当采取梯形波的上边,如果放大倍数过大,梯形波的上边就会变得很窄而使单片机采样困难,甚至采样错误,比如采样到梯形波的斜边,因而不能正确反映电流的实际大小,这就会导致电流控制的紊乱。
所以宁愿放大倍数取小点以保证采样位置的准确无误。
3.手柄输入部分:手柄输出的电压范围在1.2-4.2V的范围内,经过阻容滤波后输入到单片机处理。
手柄需要一个5V的电源才能工作。
4.电机转子位置传感器输入部分:由于该传感器安装在电机内部,采用开路输出的办法,所以除提供5V电源外,每个传感器都必须接上拉电阻,并对其输出的信号进行阻容滤波以抗干扰,同时在电源处接二极管、接地采用细铜膜做保险丝,防止电机相线与霍尔信号线短路后高电压反串近来损坏板子上别的零件。
5.刹车信号输入:由于刹车信号开关往往和刹车灯共用一个开关,每个厂商的刹车电压也不统一,所以必须接入二极管防止高压串入。
高电平输入部分,要做到8-50V输入时都能正常工作。
6.其它功能开关信号比较简单,功能实现均依靠内部程序实现,四、驱动控制信号预处理部分;驱动控制信号大致由两种信号合成:PWM信号和相位逻辑开关信号,这里不得不先介绍一下功率开关部分:功率开关部分是由三组半桥开关组成的三相开关,用以改变电机线圈的通电顺序和通电方向,我们一般把与电源正相接的功率管称为上桥,与电源地相接的功率管称为下桥,参考图一,上桥的相位逻辑开关信号由A+、B+、C+提供,这三个控制信号必须与PWM信号合成后控制对应的上桥,下桥的相位逻辑开关信号由A-、B-、C-提供,基本上直接被用来控制下桥的开关。
单片机这六个脚上都接了一个2.2K-10K的电阻到地,是为了防止单片机处在复位时,由于这些脚均处于高阻状态,有可能会引入干扰信号而导致后面逻辑电路误动作,这个比较简单,但是我们现在看到控制部分的电路图并非上面所说的那么简单,实际电路中间弯弯绕绕经过了4个逻辑电路处理后才到达上下桥的驱动电路,许多朋友会问:为什么要如此复杂呢?其实这些电路都是为了实现一个功能:同步续流。
为什么要同步续流需要说明一下,这里的“同步续流”,被一些人称为“同步整流”,同步整流是用在电源上的名词,用在这里明显不太合适。
先参考图假设此时A相上桥和C相下桥通电,当A相上桥PWM占空比没有达到100%时,通过电机线圈的电流是断续的,但上桥关闭的时候,由于电机线圈是一个电感,线圈上必定会出现一个自感反电动势,这个反电动势必须维持线圈电流的方向不变,由于A 相上桥已经关闭,这个电流就会通过原来已经开通的C相下桥,地,A相下桥的续流二极管继续流动,见图6。
当总电流小时这个自感电流并不大,但总电流大时,线圈中储存的能量多起来,这个自感电流也会相当大,我们知道MOSFET的续流二极管本。