电动车采用的电机分有刷电机和无刷电机两种,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,以期对广大网友有所帮助。

一、基本原理
      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。
2. 功率管前级驱动电路
      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 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所示的是一典型的功率管前级 驱动电路,对于一无刷控制器,有3个 这样的电路,分别驱动3个桥臂。


3. 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PIC16F72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PIC16F72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和R68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,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变化的电压。

4. 限速电路
       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,从而限制了速度。如图4中把SPLIMT端接地,则R67与R68即组成分压电路,降 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高转速。
5. 霍尔信号检测电路
      在图4中,电阻R31~R36、电容 C16~C18组成霍尔信号检测输入电 路,电阻R34~R36形成上拉电位,电 容C16~C18起滤波作用,抑制干扰信 号。单片机的15、16、17脚分别检测 来自电机内的三路霍尔位置信号,以 决定换相时刻。
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 一数值时,可强迫无刷电机控制器不 工作,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 , 当手把刹车时,单片机得到刹车信号,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,对于有些无刷控制器,当单片机得到刹车信号时,则输出控制信号,强制电机抱住,使电机不能转动,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。