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| 電動車無刷控制器的基本工作原理 |
| 編輯:花城技校 添加時間:2016/08/20 點擊:574 |
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電動車無刷控制器基本原理 電動車無刷控制器主要由單片機(jī) 主控電路、功率管前級驅(qū)動電路、電 子換向器、霍爾信號檢測電路、轉(zhuǎn)把 信號電路、欠電檢測電路、限流/過 流檢測電路、剎車信號電路、限速電 路、電源電路等部分組成,下面介紹主要電路的工 作原理。 1. 電子換向器 無刷電機(jī)與有刷電機(jī)的根本區(qū) 別就在于無刷電機(jī)用電子換向器代替 了有刷電機(jī)的機(jī)械換向器,因而控制 方法也就大不相同,復(fù)雜程度明顯提 高。在無刷電機(jī)控制器中,用6個功率 MOSFET管組成電子換向器,其結(jié)構(gòu)如 圖 2所示。圖中MOSFET管VT1、VT4構(gòu) 成無刷電機(jī)A相繞組的橋臂,VT3、VT6 構(gòu)成無刷電機(jī)B相繞組的橋臂,VT5、 VT2構(gòu)成無刷電機(jī)C相繞組的橋臂,在 任何情況,同一橋臂的上下兩管不能 同時導(dǎo)通,否則要燒壞管子。 6只功率MOSFET管按一定要求順 次導(dǎo)通,就可實現(xiàn)無刷電機(jī)A、B、C三 相繞組的輪流通電,完成換相要求, 電機(jī)正常運轉(zhuǎn)。 在電動車無刷電機(jī)控制器中,這 6只功率管有二二通電方式和三三通電 方式的運用,二二通電方式即每一瞬 間有兩只功率管同時通電,三三通電 方式即每一瞬間有三只功率管同時通 電。對于二二通電方式,功率管須按 VT1、VT2;VT2、VT3;VT3、VT4; VT4、VT5;VT5、VT6;VT6、VT1; VT1、VT2¼¼的通電順序,電機(jī)才能 正常運轉(zhuǎn)。對于三三通電方式,功率 管須按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 電,電機(jī)才能正常運轉(zhuǎn)。 2. 功率管前級驅(qū)動電路 功 率 管 前 級 驅(qū)動電路用來驅(qū)動 電子換向器的 6 個 MOSFET管,由于6 個MOSFET管組成 了 3個相同的橋臂, 對這3個相同的橋臂 的驅(qū)動電路是相同的,因而功率管前 級驅(qū)動電路是由3組相同結(jié)構(gòu)的電路組 成,圖3所示的是一典型的功率管前級 驅(qū)動電路,對于一無刷控制器,有3個 這樣的電路,分別驅(qū)動3個橋臂。 3. 單片機(jī)主控電路 單片機(jī)主控電路是無刷電機(jī)控制 器的核心部分,電機(jī)的霍爾信號、轉(zhuǎn) 把信號、過流檢測信號、剎車信號等 都直接輸入給單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行 處理,并由單片機(jī)輸出電子換向器三 個橋臂的前級驅(qū)動信號,以控制電機(jī)的運轉(zhuǎn),因而單片機(jī)主控電路是無刷 電機(jī)控制器的心臟部分。 單片機(jī)PIC16F72是目前電動車無 刷電機(jī)控制器的主流控制芯片,圖4所 示的是用PIC16F72構(gòu)成的無刷控制器 的典型應(yīng)用電路,它包括了無刷電機(jī)控制器的各主要輸入、輸出信號,SPSIG端信號,該信號經(jīng)過電 阻R69和R68組成的網(wǎng)絡(luò)送入單片機(jī)的 第 腳 單片機(jī)根據(jù)該腳的電壓信號變 5 , 化,決定輸出驅(qū)動信號的脈寬,從而 決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前市面上電動車 的轉(zhuǎn)把輸出信號電壓一般在1~4.2V, 它內(nèi)部是由一個線性霍爾元件和一個磁 體組成,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把、磁體移動,霍爾元件感應(yīng)變化的磁場而輸出變化的電壓。 4. 限速電路 限速電路是通過分壓電阻,減小送入單片機(jī)的轉(zhuǎn)把最高電壓信號,從而限制了速度。如圖4中把SPLIMT端接地,則R67與R68即組成分壓電路,降 低轉(zhuǎn)把信號(SPSIG)送入單片機(jī)的5 腳的電壓,從而限制了電動車的最高轉(zhuǎn)速。 5. 霍爾信號檢測電路 電阻R31~R36、電容 C16~C18組成霍爾信號檢測輸入電 路,電阻R34~R36形成上拉電位,電 容C16~C18起濾波作用,抑制干擾信 號。單片機(jī)的15、16、17腳分別檢測 來自電機(jī)內(nèi)的三路霍爾位置信號,以 決定換相時刻。 6.欠壓檢測電路 元件R70、R71、R72、 C23組成電池電壓檢測電路,檢測值送入單片機(jī)的3腳,當(dāng)該腳檢測值低于某 一數(shù)值時,可強(qiáng)迫無刷電機(jī)控制器不 工作,從而起到保護(hù)電池的作用。 7.剎車信號電路 對于電動自行車 , 當(dāng)手把剎車時,單片機(jī)得到剎車信號,無刷電機(jī) 控制器停止輸出控制信號,電機(jī)斷電,這稱為剎車斷電,對于有些無刷控制器,當(dāng)單片機(jī)得到剎車信號時,則輸出控制信號,強(qiáng)制電機(jī)抱住,使電機(jī)不能轉(zhuǎn)動,這稱為電剎車。目前市面上電動車的剎車信號有 高電平剎車信號和低電平剎車信號兩 種,對于單片機(jī)一般只識別其中一種 信號,如果采用電平轉(zhuǎn)換電路,則可 識別兩種電平的剎車信號。在圖4中, 當(dāng)BK信號端為低電平,則單片機(jī)第7 腳得到低電平剎車信號,通知無刷控 制器完成剎車過程。當(dāng)HBK端為高電 平時,通過電阻R66、R81、R88及三 極管VT20完成電平轉(zhuǎn)換,三極管VT20 的集電極變?yōu)榈碗娖,單片機(jī)第7腳為 低,通知無刷控制器完成剎車動作。 8. 電源電路 在無刷電機(jī)控制器中,一般需兩組 電源,一個是14V電源供功率MOSFET驅(qū) 動用,另一個是5V電源,供單片機(jī)、電機(jī)霍爾、轉(zhuǎn)把霍爾等電路用。14V電源 一般由LM317調(diào)整管得到,5V電源一般由78L05得到。 9. 限流/過流保護(hù)電路 限流保護(hù)是控制無刷電機(jī)控制器 在某一最大限定電流值下工作,對于 36V控制器,限流值一般在14±1A,對 于48V控制器限流值一般在17±1A。限 流保護(hù)其實又是過載保護(hù),當(dāng)上坡、 載重必然引起負(fù)載加重、電流增大, 但電流增大的極限就是限流值。 如圖4中,IC6B(LM358)的運 放與電阻R73、R74、R75、R76及RT 構(gòu)成限流信號檢測電路。R T為串接于 MOSFET管上的電阻絲, 因為電機(jī)電流通過MOSFET管,也就流 過R T,當(dāng)流過電機(jī)的電流變化,反應(yīng)在 R T上就是R T兩端電壓的變化。當(dāng)流過RT 的電流大到限定電流時,此時IC6的第 7腳輸出約3V的電壓,單片機(jī)PIC16F72 的 2腳得到3V電壓時,則降低MOSFET 驅(qū)動輸出信號的占空比,迫使流過電機(jī) 的電流下降,即R T上的電流下降,同時 R T上的電壓下降,使得IC6的第7腳輸出 下降,如此動態(tài)調(diào)節(jié),保證無刷電機(jī)控 制器工作于限流值以下。 過流保護(hù)是當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到限定 電流時,無刷電機(jī)控制器電流仍在上 升,則強(qiáng)迫停止電機(jī)供電。IC6A的運放 和R59、R61、R62及R T構(gòu)成過流保護(hù) 檢測電路,檢測信號由IC6的1 腳輸出,送入單片機(jī)的21腳。
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