电动自行车控制器原理及使用

电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近，有刷和无刷直流电动机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速，只是选用驱动电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上存在差别。

电动机的起动、运行、加速、减速、停止等工作状态，都由控制器控制。控制器的工作是由脉冲信号控制功率管的开启和关闭时间，决定电动机换向的顺序和时间，从而决定电动机的转向和转速。控制器中将直流或交流电变换成直流或交流的电路，称为变换电路，又称为变换器、转换器、开关电源等。

无刷电动自行车直流电压转换成模拟三相交流电压的原理如图5-4所示。

当VF₃、VF₄的栅极瞬间得到高电平时，将接通，而VF₂、VF₅、VF₆、VF₁截止，电枢绕组AB中有电流从A流向B；而VF₂、VF₅瞬间得到高电平接通时，VF₃、VF₄、VF₆、VF₁将截止，电枢绕组AB中的电流便从B流向A；如此反复运行，短时间内，电枢绕组AB中便会出现交变电流。

图5-4 模拟三相交流电压原理图

而功率场效应晶体管开关波形采用不等间隙脉冲宽度调制（PWM）方式时，电枢绕组AB便获得了模拟的正弦波形，与此同时，绕组AC及BC也将和绕组AB一样，同时产生交变电流及正弦波形，从而使电动机获得了模拟三相交流电压。

若改变功率场效应晶体管VF₃、VF₄和VF₂、VF₅的导通时间，电动机便会获得不同频率的电源，从而改变电动机的速度。

有刷电动机和无刷电动机由于结构原理不一样，所以采用的控制器的结构电路也不一样。有刷电动机的控制系统比较简单，最初用断电器控制就能达到起动电动机的作用。无刷电动机的控制器比较复杂，一般都采用电子控制器，有的甚至采用数字化控制器。

1.有刷电动机控制器的工作原理

普通有刷电动机控制器的工作原理框图和电路如图5-5所示，智能有刷电动机控制器电路如图5-6所示。

说明：

1）内部稳压电源用以提供内部电子元器件的工作电压。

2）PWM芯片根据转把的输入电压，输出相应的脉冲宽度的方波给MOS管驱动电路。

3）MOS管驱动电路将PWM信号整形后提供给MOS管。

4）MOS管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间受PWM信号的控制。

图5-5 普通有刷电动机控制器的工作原理框图及电路(www.xing528.com)

图5-6 智能有刷电动机控制器电路

5）欠电压保护电路在蓄电池电压降低到控制器设定值以下时，停止PWM芯片信号的输出，以保护蓄电池不至于在低电压情况下放电。

6）限流或过电流保护电路，对控制器输出最大的电流进行限制，以保护蓄电池、控制器、电动机等，避免出现允许范围以外的大电流。

2.无刷电动机控制器的工作原理

普通无刷电动机控制器的工作原理框图及电路如图5-7所示，智能无刷电动机控制器电路如图5-8所示。

说明：

1）其内部稳压电源、欠电压保护电路和限流或过电流保护电路的作用与有刷电动机控制器相应部件的作用相同。

图5-7 普通无刷电动机控制器的工作原理框图及电路

图5-8 智能无刷电动机控制器电路

2）主处理芯片根据无刷电动机的霍尔信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路，给出有选择性的打开与关闭信号，以完成对电动机的换向。另外根据转把的输入电压大小，将相应脉冲宽度的载波信号，与下三路MOS管导通信号混合，以达到控制电动机速度的目的。

3）MOS管驱动电路将PWM信号整形放大提供给MOS管。另外，对于上三路的三个MOS管来说，它们的驱动电平要求高于蓄电池供电电压，因为MOS管驱动电路还要具有升压功能，将上三路MOS管导通信号变成高于蓄电池的超高方波信号。

4）MOS管是大电流开关器件，其导通时间与关闭时间受导通信号与PWM信号合成的混合信号控制。

5）欠电压保护电路在蓄电池电压降低到控制器设定值以下时，停止PWM芯片信号的输出，以保护蓄电池不至于在低电压情况下放电。

6）限流保护（或过电流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护蓄电池、控制器、电动机等不会出现允许范围以外的大电流（防止蓄电池过度放电）。无刷控制器的相位角必须和无刷电动机的相位角相一致，电动机才能正常运转。