外文翻译---电动汽车DC-DC电源转换器的原理、建模和控制

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外文原文

Principle, Modeling and Control of DC-DC

Convertors for EV

ZHAN G Cheng-ning , SUN Feng-chun , ZHAN G Wang (School of Vehic le and Transportation Engineering , Beijing Institute of Technology , Beijing 100081)

Abstract :DC-DC convertors can convert the EV’s high-voltage DC power supply into the lowvoltage DC power supply. In order to design an excellent convertor one must be guided by theory of automatic control. The principle and the method of design, modeling and control for DC-DC convertors of EV are introduced. The method of the system-response to a unit step-function input and the frequency-response method are applied to researching the convertor’s mat- hematics model and control characteristic. Experiments show that the designed DC-DC convertor’s output voltage precision is high , the antijamming ability is strong and the adjustable performance is fast and smooth.

Key words: EV ; DC-DC convertors ; automatic control ; mathematics model ; Bode drawing

CLC number : U 469-72 Document code : A Generally there are two power supplies in EV. One is the DC high-voltage power supply that is used by high power devices such as traction motors and air conditioners etc. The other is the DC

low-voltage power supply that is usually used in some control circuit

and low-voltage electrical devices such as the inst- rument and lighting. It s rating voltage is 24 V or 12 V. The low-voltage power supply can be gained from the high-voltage power supply by a

DC-DC conver-

tor.

In this paper, the main performance of the designed convertor is that the input voltage range is from DC 250 V to DC 450 V , the output voltage is DC 24 V , the maximum output current is DC 20 A , and the output precision is 1 %.

1 Principle of the Convertor

1.1 The Block Diagram of the DC-DC Convertor

The block diagram of the DC-DC convertor is showed in Fig. 1. The battery series provide the DC high-voltage input U s. The

low-voltage output of the con-

vertor is U o. The setting value U i of the convertor is equal to or is in proportion to the demanded output voltage U o. The convertor is a closed-loop negative feedback-system with voltage feedback.

1.2 Power Switch Circuit

The power switch circuit with semi-bridge mode is showed in Fig. 2. L1 and C1 constitute an input filter to avoid high-frequency

impulses flowing bac- kwards. Capacitors C2and C3 constitute the partial-voltage circuit while resist-

ances R1 and R2do so. IGBT1 and IGBT2 are semiconductor switch devices. C6 is a separation DC capacitor. T1 is a transformer that reduces the voltage. L2 and C7 constitute an output filter. RL is the load resistance. When the PWM signals

in the reverse semi-waves are inputted onto IGBT1 and IGBT2’s control poles , the corresponding DC voltage can be yielded from the convertor.

Fig. 2 Principle circuit of power switch with semi-bridge mode 1.3 Control Circuit

The chip SG3525 is used in the PWM control circuit showed in Fig. 3. V cc is the power voltage applied to the chip, it is 12.0 V. A base-voltage of 5.1 V is yielded on pin16 of the chip that is partially used as parameter voltage input U i. The chip includes a

sawtooth-wave generator. R t and C t are the external resis-

tance and capacity that determine the sawtooth-wave’s frequency.Pin2 of the chip is a positive-phase input port. Voltage input U i is putted to the port, here U i =2. 5 V. Pin1 of the chip is the negative-phase input port where the feedback voltage is inputted.Pin9 of the chip is the output end of the inside amplifier of the chip. The proper resistance and capacitor are connected between the pin1 and

pin9 to realize compensation of the DC-DC convertor.C8 is the integral capacitor. The integral compensator is adopted as the system-compensation of the system. The PWM impulses are yielded from pin11 and pin14 of the chip. When the PWM control circuit operates normally, U i on the pin2 and U b on the pin1 should be balanced. When U b is not equal to U i , the PWM width can be automatically adjusted by the PWM control circuit to make U b equal to U i. By this way we can control the output voltage of the convertor.

Fig. 3 The connection circuit for the PWM control chip SG3525 1.4 Drive Circuit

The drive circuit of IGBT usually adopts a pulse-transformer or an opto-

coupler to isolate the power circuit from the control circuit. An individual power supply is needed if an opto-coupler is used, which increases the complexity of the system. So the isolation-circuit adopt s a pulse-transformer showed in Fig. 4. Transistors BG1 and BG2 in Fig. 4 compose a complementation power amplification circuit. T2 is the pulse-transformer that isolates the power circuit from the control circuit. R5 and C8 compose the acceleration circuit. The diode D6

eliminates negative impulses. The diode D7 and transistor BG3 compose the rapid discharge circuit of the distributing capacitor at the control pole of IGBT.

Fig. 4 Principle circuit for IGBT drive

2Modeling and Control

2.1 Modeling

The DC-DC convertor is a voltage negative feedback-system. Aiming to obtain the better dynamic and static characteristic we must model and analyse it in theory. According to Ref. [ 1 ] ,DC-DC convertors are the approximate second-order systems. In order to obtain accurate parameters , the method of the system-response to a unit step-function input is adopted in this paper.

2.1.1 Measuring the Open-Loop System’s Response to a Unit Step-Function Input

The block diagram for measuring is shown in Fig. 5. The concrete method is described as follows : ①The voltage feedback signal is cut off ; ②The setting value of the chip SG3525 adopts the

middling value U i0 to make the width of an impulse be about 0.5 T ;

③U i0 is superimposed with d U i that is composed by positive and negative rectangle wave impulses. The amplitude of d U i is taken to be equal to 0.2U i0. It should make d U o be easy to be observed to select the rectangle wave frequency , adopting f 1 = 400 Hz ; ④The output waveform of U o ( = U o 0 + d U o ) is shown in Fig. 6. As shown in Fig. 6 when f 1 = 400 Hz , period T = 2.5 ms (5 grills) , the time for the maximum voltage value is about 0.2 grills. d U o’s stable voltage amplitude is - grills. Peak overshoot is 1 grill. Every grill in the vertical direction represents 5 V. By this way the data of system-response to a unit step-function input can be obtained as follows :

peak time t p = 0.1 ms ; peak overshoot σp = 1/ 2 = 50 %;

output and input’s incremental ratio K0 = d U o/ d U i = 10/ 1 = 10.

Fig.5 The measuring block diagram of the open-loop system

Fig. 6 The system-response to a unit step-function inpu t

2.1.2Determining the Open-Loop Transfer Function

According to Ref s. [2,3 ] , we have the damping ratio ξ, undamped natural frequency ωn and transfer function of controlled object G p ( s) as follows :

In order to ensure that when the output voltage U o =24 V the feedback voltage to pin1 of the SG3525 is 2.5 V to balance the input voltage U i = 2.5 V, we take the feedback and measuring factor as

K b = U b/ U o = -15/ -4 = 01104.

( 4 )

2.2Design of the PID Regulator

2.2.1The Principle Scheme and Transfer Function of the PID Regulator

To resist the disturbance of the power supply voltage and load current to the DC-DC convertor so as to improve control precision , an integral compensator is adopted. The principle scheme of the integral compensator is shown in Fig. 7.

Fig. 7 The principle scheme of the integral compensator

It s transfer function is

G c ( s) = K i/ s = 1/ ( RCs).

( 5 )

In Fig. 7 and Eq. (5), R = 10 kΩ, C = 0.1μF , K i = 1/ ( RC) = 1/ (10 ×103 ×011 ×10 - 6)= 1 000.

2.2.2The Bode Drawing of the System Open-Loop Transfer Function

The system open-loop transfer function is the product of the controlled object’s , feedback and measuring circuit’s and integral compensator’s transfer functions. We have

G( s) = G c ( s) G p ( s) G b ( s) =

The system Bode drawing is shown in Fig. 8 from Eq. (6). The curves ①and ④are respectively the logarithmic gain-frequency characteristic ,logarithmic phase-frequency characteristic of controlled object G p ( s). The curves ②and ⑤are respectively the logarithmic gain-frequency characteristic , logarithmic

phase-frequency characteristic of the feedback and measuring circuit joint the integral compensator. The curves ③and ⑥are respectively the logarithmic gain-frequency characteristic and logarithmic phase-frequency characteristic of the compensated

open-loop system. By Fig. 8 we know that the system is I-model system. When the input doesn’t change , there isn’t steady-state error. It s original phase-margin frequency ωc = 1 016 rad/ s , phase margin γ= 89.21°, so the adjustable performance of the system is fast and smooth.

Fig. 8 The Bode drawing of the system open2loop transfer function 3 The Result and Conclusion of Experiment

When the load resistance R L = 1.2Ω, the experiment data of U s , I s , U o , I o , η(ηis efficiency of the convertor) are shown in Tab. 1. When the load resistance R L = 2.4Ω, the experiment data of

U s , I s , U o , I o , ηare shown in Tab.2.

4 Conclusions

①Because the integral compensator is adopted , the output voltage U o of the convertor has quite high precision even if the input power voltage and the load changes.

②The width of the impulses is adjusted automatically in the convertor to realize constant output voltage value. With the increase of the input voltage the width of the impulses turn narrow , the convertor’s efficiency drops. In the process of designing a DC-DC convertor, we must diminish the adjustable range of the impulse width and make the impulse width wider when the convertor operates.

③The reasonable value of the resistance and capacitor in the feedback circuit must be selected so that the feedback-system has enough gain margin and phase margin that can guarantee the

control-system to be adjusted smoothly.

References:

[1 ] Cai Xuansan , Gong Shaowen. High-frequency electronics (in Chinese) [ M].Beijing : Science Press , 1994. 232 - 246.

[2] Zhang Wang , Wang Shiliu. Automatic control principle (in Chinese)[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Publishing House , 1994. 71 - 72.

[3 ] D’Azzo J J. Linear control system analysis and design [M]. San Francisco: McGraw-Hill Book Company,1981. 83 - 92.

电动汽车DC-DC电源转换器的原

理、建模和控制

张承宁, 孙逢春, 张旺

(北京理工大学车辆与交通工程学院, 北京100081)

摘要:为了设计出在电动汽车上把高压直流电源变换成低压直流电源的高品质DC-DC 变换器,采用自动控制理论进行指导. 介绍电动汽车DC-DC 变换器原理和设计,建模与控制方法. 应用阶跃响应法、频率法研究其数学模型和控制特性,并且进行分析和计算. 实验结果表明,用这种方法所研制的电动汽车DC-DC 变换器输出电压精度高,抗干扰能力强,调节特性快速、平稳.

关键词:电动汽车; DC-DC 变换器; 自动控制; 数学模型; Bode 图

中图分类号U 469172 文献标识码A

通常有两种电源电动汽车。一个是直流高压电源采用高功率设备,如牵引电机和空调等。另一个是低压直流电源,通常被用在一些控制电路和低压电器设备,如仪表和照明。它的额定电压24 V 或12 V低压供电,可由高电压供电直流-直流变换器得到在本文中,主要性能设计的是输入电压转换器,范围从直流250 V到直流450 V,输出直流电压24 V、最大输出电流是直流20 A,输出精度为1%。1变换器原理

1·1直流-直流变换器的原理框图

直流-直流转换器的原理框图如图1所示,电池组提供直流高

压输入Us,低压变频器的输出是Uo。变频器的调定值Ui等于或者是按比例到要求的输出电压Uo。这个转换器是一个负电压反馈闭环系统。

1·2功率开关电路

图2所示电路的电源开关半桥接模式,L1和C1构成一个输入滤波器来避免高频脉冲反流,C2和C3电容器与电阻R1和R2分别构成部分电压回路,T1和T2是半导体开关,C6是一个分离直流电容器,T1是一个减少电压的变压器,L2和C7构成一个输出过滤器,RL是负载电阻。当逆向半波上的PWM信号均在T1和T2的控制限时,相应的直流电压可以从自己的变换器中产生。

图2电路的电源开关半桥接模式

1·3控制电路

用于PWM控制电路的SG3525芯片如图3所示,Vcc是芯片的电源电压,它是12V,在芯片脚16上5.1V的基极电压部分作为参数输入界面电压Ui,芯片包含一个锯齿波发生器,Rt和Ct是确定的锯齿波频率的外部电阻和电容,芯片的脚2是正的输入端口,输入电压Ui是针对端口,Ui=2.5V,芯片的脚1是输入反馈电压的负输入端,芯片的脚9是芯片内部放大器输出结果。连接在脚1和脚9之间适当的电阻和电容实现直流—直流变换器的补偿。C8是积分电容,采用整体补偿系统的补偿制度,PWM脉冲从脚11和脚4产生,当PWM控制电路正常运行时,脚2上的Ui和脚1上的Ub应该平衡,当Ui不等于Ub时,PWM技术宽度可自动调节PWM控制电路使Ui等于Ub,通过这种方法我们可以控制变压器的输出电压。

图3用于PWM控制电路的SG3525芯片

1·4驱动电路

IGBT驱动电路通常采用脉冲变压器或光耦合器通过控制电路隔离电源电路,如果光耦合器需要使用个人电源,就会增加系统的复杂度,所以隔离电路采用脉冲变压器如图4所示,如图4中晶体管BG1和BG2组成一个互补的功率放大电路,T2是控制电路中的脉冲变压器隔离电路,R5和C8组成加速电路,二极管D6消除负脉冲,二极管D7和晶体管BG3在IGBT的控制下组成快速放电电路分布电容。

图41GBT驱动电路原理

2建模和控制

2·1建模

直流—直流转换器是一个电压负反馈系统,以获得良好的动态和静态特性,我们必须理论上模型和分析,根据参考【1】,直流—直流转换器是近似二阶系统,为了获得正确的参数,本文采用对单位阶跃函数输入系统响应的方法。

2·1·1对单位阶跃函数输入的开环系统响应测量测量原理框图如图5所示,基本方法是描述如下:①电压反馈信号被切断②调定值上的芯片SG3525采用中等价值U io是每个脉冲密度达到大约0.5特,③U io与Ui叠加产生正负矩形脉冲,使Ui振幅等于0.2倍U io,它将会使Uo容易被观察去选择矩形波的频率,采用f1=400赫兹,④Uo的输出波形如图6所示,当f1=400赫兹时,周期T=2.5毫秒(5格),最大电压值的时间约为0.1毫秒,Uo为稳定电压幅值时为1ms,峰值超调为1格,每格在垂直方向代表5V,通过这种方法,系统响应的数据输入到一个单位阶跃函数可以得到如下:峰值时间tp=0.1ms 峰值超调σp = 1/

2 = 50 %;

输出和输入的增量的比Ko=dUo/ dUi=10/ 1=10.

图5开环系统测量原理框图

图6对单位阶跃函数输入系统响应

2·1·2开环传递函数的确定

根据参考【2、3】,我们有阻尼比ξ、被控制对象G p ( s)、固有频率ωn无阻尼自由振动微分方程:

为了确保输出电压Uo=2.4V电压反馈给SG3525脚1的为

2.5V,来平衡输出电压Ui=2.5V时,我们采用反馈和测量的参数

Kb = Ub/ Uo = 2.5/ 24 = 0.104. ( 4 )

2·2 PID调节器的设计

2·2·1 PID调节器的原理方案及传递函数

直流—直流转换器的抗扰动电源电压和负载电流,以提高控

制精度采用整体补偿、积分补偿器的原理如图7

图7整体补偿原则

它的传递函数

Gc(s)=Ki/s=1/(RCs)

( 5 )

由图7和公式5 , R = 10 kΩ , C = 0.1μF , K i = 1/ ( RC)

= 1/ (10×0.1 ×0.001)= 1 000

2·2·2开环传递函数的绘制

该系统开环传递函数是被控制对象的产品,反馈和检测电路

和整体补偿器的传递函数,我们有

G( s) = G c ( s) G p ( s) G b ( s)

=104/s*10/(s*s/32150*32150+2*0.2154*s*s/32150+1)

( 6 )

由公式6该系统图如图8所示,曲线①和④分别获得对数频率特性,对数相频特性的控制对象G p ( s),曲线②和⑤对数频率特性分别获得对数相频特性的反馈和测量电路的整体补偿关节。曲线③和⑥分别获得频率特性和对数相频特性的开环系统的补偿。由图8我们知道系统是自我模型系统,当输入不改变,没有稳态误差。它的初始阶段ωc = 1 016 rad/ s,相位边缘γ= 89.21°,所以可以调节系统性能的快捷顺畅。

图8系统开环传递函数图

3 实验结果和结论

当负载电阻R L = 1.2Ω时,表一显示实验数据U s , I s , U o , I o , η(效率的摸),当负载电阻R L = 2.4Ω时, 表二显示实

验数据U s , I s , U o , I o , η。

表一当负载电阻R L = 1.2Ω时

表二当负载电阻R L = 2.4

4总结

①由于采用的整体补偿法,即使输入电压和负载变化,转换器的输出电压U o有很高的精度;

②脉冲的宽度自动调整来实现变频器输出电压不变,随输入电压的增加脉冲的宽度将缩小,转换器的效率下降,在设计DC-DC 转换器的过程中,当转换器运作时我们必须减少脉冲宽度的可调范围和是脉冲宽度更宽;

③反馈电路中电阻和电容器合理的价值必须选择为能够使反馈系统有足够的增益和极限来保证控制系统可以顺利进行调整

5参考文献

[ 1 ] Cai Xuansan , Gong Shaowen. High2frequency electronics ( in Chinese) [ M] . Beijing : Science Press , 1994. 232 - 246.

[ 2 ] Zhang Wang , Wang Shiliu. Automatic control principle (in Chinese) [M] . Beijing : Beijing Insti2 tute of Technology Publishing House , 1994. 71 - 72.

[ 3 ] D’Azzo J J . Linear control system analysis and design [M] . San Francisco : McGraw2Hill Book Company ,1981.

83 - 92.

常用电动车控制器电路及原理大全

!!电动自行车控制器电路原理分析 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,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。 图中元件号为笔者所标。通过介 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、 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 PWM产生电路、电机驱动电路、蓄

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。 PWM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VDMOS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。D1 是电机续流二极管,防止Q2击穿。TL494 的⑧脚输出低电平时,Q1、D2导通,Q4截止,Q2导通;TL494 的⑧脚输出高电平时,Q1、D2截止,Q4导通,迅速将Q2栅极电荷泄放,加速Q2的截止过程,对降低 Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器,12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21 分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22 分压加到每个比较器的同相端,该电压和蓄电池电压成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电 压不低于38V时,LED1、LED2、LED3均点亮;当电池电压低于38V时,LED3熄灭;当电池电压低于35V时,LED2熄灭;当电池电压低于33V时,LED1熄灭,此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示,LED5 用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V 时.LM324 的①脚输出低电平,三极管Q5导通,约5V电压加到TL494的死区控制端④脚. 该脚电位≥ 3.5V,就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使三极管Q1、Q2 截止,电机停止运转,蓄电池放电停止,进入电池

电动车控制器主要功能特点及原理

电动车控制器主要功能特点及原理 文章来源:无锡依诺科技有限公司 电动车控制器主要功能特点 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等,电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点; 电动车控制器主要功能特点如下: 超静音设计技术:独特的电流控制算法,能适用于任何一款无刷电动车电机,并且具有相当的控制效果,提高了电动车控制器的普遍适应性,使电动车电机和控制器不再需要匹配。 恒流控制技术:电动车控制器堵转电流和动态运行电流完全一致,保证了电池的寿命,并且提高了电动车电机的启动转矩。 自动识别电机模式系统:自动识别电动车电机的换向角度、霍尔相位和电机输出相位,只要控制器的电源线、转把线和刹车线不接错,就能自动识别电机的输入几输出模式,可以省去无刷电动车电机接线的麻烦,大大降低了电动车控制器的使用要求。 随动ab s系统:具有反充电/汽车EABS刹车功能,引入了汽车级的EABS防抱死技术,达到了EABS刹车静音、柔和的效果,不管在任何车速下保证刹车的舒适性和稳定性,不会出现原来的abs在低速情况下刹车刹不住的现象,完全不损伤电机,减少机械制动力和机械刹车的压力,降低刹车噪音,大大增加了整车制动的安全性;并且刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池,起到反充电的效果,从而对电池进行维护,延长电池寿命,增加续行里程,用户可根据自己的骑行习惯自行调整EABS刹车深度。 电机锁系统:在警戒状态下,报警时控制器将电机自动锁死,控制器几乎没有电力消耗,对电机没有特殊要求,在电池欠压或其他异常情况下对电动车正常推行无任何影响。 自检功能:分动态自检和静态自检,控制器只要在上电状态,就会自动检测与之相关的接口状态,如转把,刹把或其它外部开关等等,一旦出现故障,控制器自动实施保护,充分保证骑行的安全,当故障排除后控制器的保护状态会自动恢复。 反充电功能:刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池,起到反充电的效果,从而对电池进行维护,延长电池寿命,增加续行里程。 堵转保护功能:自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或电机短路状态,如果过流时是处于运行状态,控制器将限流值社顶在固定值,以保持整车的驱动能力;如电机处于纯堵转状态,则控制器2秒后将限流值控制在10A以下,起到保护电机和电池,节省电能;如电机处于短路状态,控制器则使输出电流控制在2A以下,以确保控制器及电池的安全。 动静态缺相保护:指在电机运行状态时,电动车电机任意一相发生断相故障时,控制器实行保护,避免造成电机烧毁,同时保护电动车电池、延长电池寿命。 功率管动态保护功能:控制器在动态运行时,实时监测功率管的工作情况,一旦出现功率管损坏的情况,控制器马上实施保护,以防止由于连锁反应损坏其他的功率管后,出现推车比较费力的现象。 防飞车功能:解决了无刷电动车控制器由于转把或线路鼓掌引起的飞车现象,提高了系统的安全性。 1+1助力功能:用户可自行调整采用自向助力或反向助力,实现了在骑行中辅以动力,

电动车控制器原理及编程

电动车控制器原理及编程2008-10-29 15:34

电动车控制器原理及编程 https://www.360docs.net/doc/5b1966184.html,/html/blog/7597/45892.htm 云翔电动车维修的BLOG https://www.360docs.net/doc/5b1966184.html, 原信息URL:https://www.360docs.net/doc/5b1966184.html,/html/blog/7597/45892.htm 控制器 无刷控制器硬件电路详解 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: 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。

电动自行车控制器电路及原理大全

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。 PWM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VDMOS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。D1是电机续流二极管,防止Q2击穿。TL494的⑧脚输出低电平时,Q1、D2导通,Q4截止,Q2导通;TL494的⑧脚输出高电平时,Q1、D2截止,Q4导通,迅速将Q2栅极电荷泄放,加速Q2的截止过程,对降低Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器,12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端,该电压和蓄电池电压成比例。V A=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电压不低于38V时,LED1、LED2、LED3均点亮;当电池电压低于38V时,LED3熄灭;当电池电压低于35V时,LED2熄灭;当电池电压低于33V时,LED1熄灭,此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示,LED5用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V时.LM324的①脚输出低电平,三极管Q5导通,约5V电压加到TL494的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V,就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使三极管Q1、Q2截止,电机停止运转,蓄电池放电停止,进入电池保护状态。此时LED5点亮,指示出该状态。VR5用于设定电池保护点电压。 电机过流保护R30为电机电流取样电阻,当过流时,取样电压经R14加到TL494的⑩脚。当⑩脚电位高于⑩脚电位时,TL494内部运放2输出高电平,迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止,从而使Q1、Q2截止,电机停止运转,从而保护了电机。 制动保护当刹车制动时,KEY2接通.5V电压加到TL494的死区控制端④脚,迫使TL494内部调宽脉

电动车控制器接线原理图

无刷电动车控制器接线说明 1.电源输入 粗红色线为电源正端黑色线为电源负端细橙色线为电门锁2.电机相位(u、v、w输出) 粗黄色线为U 粗绿色线为 V 粗蓝色线为W 3.转把信号输入 细红色线为+5V电源细绿色为手柄信号输入细黑色线为接地线4.电机霍耳(A、B、C输入) 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线 细黄色线为 A 细绿色线为 B 细蓝色线为 C 5.刹车(柔性EABS+机械刹)细黄色线为柔性EABS;细蓝色线为机械刹(高电平刹车:+12V)细黑色线为接地线(低电平刹车) 6.传感器 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线细绿色线为传感器信号输入 7.仪表(转速):细紫色线 8.巡航:细棕色线 9.限速:细灰色线 10.自动识别开关线:细黄色线 PIC16F72智能型无刷电动车控制 器使用方法和注意事项 1、在接线前先切断电源,按接线 图所示连接各根导线; 2、该控制器应安装在通风、防 水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容 易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位,禁 止将控制器电源正负极反接(即严 禁粗红、细橙和粗黑;细红和细黑 接反)。 5、电机模式自动识别:正确接好 电动车控制器的电源、转把、刹把 等线束,,将电机识别模式开关线 (细黄)短接,打开电门锁,使电 机进入自动识别状态,若电机反转 则按一下刹车即可使电机正向转 动,在控制器识别电机模式10秒 后将电机识别模式开关线(细黄) 直接断开即可完成电机模式自动识 别。 6、1+1助力方向调整:在通电状 态,将调速电阻从最大值调到最小 值,再回到原始状态后,可将1+1 助力的方向从正向模式切换到反向 模式,再调整一次可从反向模式切 换到正向模式,并将最终的模式存 入单片机。 控制器线:红粗是正极,黑粗是负 极,红细是转把5V正极,黑细是 负极,绿色是信号线,你看看你的 转把线是不是没有接好,红细5V 正极和绿色是信号线两个相碰看看 电机转吗?如果转动就是转把线你 的转把黑线断了。 电动车控制器怎么接线 1,分清楚每根线的作用,给控制供电的电源线(一般三根线用一个朔料插销弄在一起,其中最粗的两根是给控制器供电的、红+级、黑的-级,还一根细的红色的是电源锁线)2,转把(控制速度的),一般是三根细线、红、蓝、黑。也是用朔料插销弄在一起的。3,仪表线、速度线、刹车断电线。一般仪表线和刹车断电线也是在一起的, 4,还有两个线,它们可以互 相连接在一起的,那可以调节 角度。(60度和120度) 5,三跟主相线,5跟细的 (和电机里面霍尔连接的) 再具体说下连接办法! 第一个,注意好正负极就可以 了! 第二个,需要调试不可能一次 成功的。(随便乱接) 第三个,需要根据经验找到, 先排除其他的线的作用,! 第四个,一般最后调试不出 来,就可以考虑是电机和控制 器角度问题了! 第五个,控制器和电机有严格 的匹配关系,需要慢慢调试。 哎,没有修过电动车肯定是接 不出来的,无刷的有点难度! 相信有刷的你可以搞定!还有 的就是控制器和电机就算型号 一样(假如都是48V300W) 也是有可能装上去没有作用

控制器的工作原理介绍

控制器的工作原理介绍 控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 控制器的分类有很多,比如LED控制器、微程序控制器、门禁控制器、电动汽车控制器、母联控制器、自动转换开关控制器、单芯片微控制器等。 1.LED控制器(LED controller):通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关。控制器根据预先设定好的程序再控制驱动电路使LED阵列有规律地发光,从而显示出文字或图形。 2.微程序控制器:微程序控制器同组合逻辑控制器相比较,具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点,因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器,并已被广泛地应用。在计算机系统中,微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。 3.门禁控制器:又称出入管理控制系统(Access Control System) ,它是在传统的门锁基础上发展而来的。门禁控制器就是系统的核心,利用现代的计算机技术和各种识别技术的结合,体现一种智能化的管理手段。 4.电动汽车控制器:电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。 上述只是简单的介绍了几种控制器的名称和主要功能,控制器的种类繁多、技术不同、领域不同。 在控制器领域内,高标科技作为一家国家级的高新企业,其主打产品是电动车控制器,并且在电动车控制领域内占有很重要的地位,之前已经说到电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。高标科技在这里为大家介绍一下高标控制器的基本工作原理: (一)高标科技电动车控制器的结构 电动车控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能

电动车控制器原理图解

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。 电路中,末级功率管V1和V2,V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管;V5和V6,V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管;V9和V10,Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC,U4为上管驱动IC;U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上,因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降,所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小,避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、

电动车控制器维修.

一、电子元器件常识 1、电阻 贴片电阻一般分为2种: (1)3位数,普通型,误差5%,前2位为有效数值,第三位为0的个数,如:“103”为10000欧姆,即10K,“152”为1500欧姆,即1.5K。 (2)4位数,精密型,误差1%,前3位都为有效数值,第四位为0的个数,如“1502“为15000欧姆,“1511”为1510欧姆。 测试方法:将万用表档位切换到对应量程的欧姆档,将测试表笔连接到待测电阻上。 注意: (1)如果被测电阻值超出所选择量程的最大值,将显示过量程“1”,应选择更高的量程,对于大于1MΩ或更高的电阻,要几秒钟后读数才能稳定,这是正常的。将测试出的阻值与贴片电阻上标的值对比,即可判断电阻是否值变。 (2)当没有连接好时,例如开路情况,仪表显示为“1”。 2、三极管 PCB贴片板上的三极管有三种,即8550、8050、5551.将万用表档位切换到二极管档测试8550(Y2,Y6或HD)时,将黑表笔接触1脚,红表笔依次测试2、3脚的参数; 测试8050(Y1,Y5或HC)时,将红表笔放在1脚,黑表笔依次测试2、3脚的参数;

测试5551(G1)时,将红表笔放在1脚,黑表笔依次测试2、3脚的参数。 测试A1013时,将黑表笔接触3脚,红表笔依次测试1、2脚的参数; 测试MPSA56时,将黑表笔接触2脚,红表笔依次测试1、3脚的参数; 3、直插电解电容标识和含义 (1)电解电容标识的含义:以63V/1000uF为例,63V是电容的耐压值,1000uF是电容的容量。 (2)正负极的判断:在灰色的部分一般有两条矩形框,那么挨着这个灰色部分最近的引脚就是负极了。 检修实例: 1、故障现象:电机不转,加电转动转把,电机有发沉的感觉,过一会电机转动轻松。

电动车无刷控制器硬件电路详解

电动车无刷马达控制器硬件电路详解 2008-5-10 9:47:25 电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源,无刷电机长寿,免维护的特点得到广泛应用,然而由于其使用直电刷,其换向控制相对有刷电机要复杂许多,同时由于电动又使用电池作电源,因此控制器自身的保护及对电机,电器提出更多要求。 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单,其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不以也不作深入介绍。第二阶段是以MCU为主的控制芯片。的重点,在MCR版本的设计中,揉和了模拟、数字、大功等许多重要应用,结合MCU智能化控制,是一个非常有启今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的机电路如图1:

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组成的控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清路就比较容易明白。

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:该单片机电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个可处理突发事件。内部软件资源我们在软件部分讲解,这里各引脚应用如下: 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,单片机将换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁时电压应在0-1.5V左右 3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护过放电而损坏。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压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的

电动车用电机控制器原理

什么是电动汽车的电机控制器, (一)电机控制器简介 简略地讲电机控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能器件,如执行、采样等,它们是电阻、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件;单片机也称微控制器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起,而构成的计算机片。这就是电动车的智能控制器。 控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等,直接关系到整车的性能和运行状态,也影响控制器本身性能和效率。不同品质的控制器,用在同一辆车上,配用同一组相同充放电状态的电池,有时也会在续驶能力上显示出较大差别。 既然说到了电动车的续驶能力,再向大家介绍一下什么是续驶里程: 续驶里程是指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走过的里程 延长续驶里程的方法: 1. 选用高比能量的电池 2.减少EV(电动汽车)在行驶过程中各环节的能力损耗 3.减少EV辅助系统的电能消耗,对空调、动力转向等进行自动控制 4.设计新EV时,在造型、结构、材料和配件方面,应使车重,阻力等尽量降 低 (三)电机控制器的保护功能 保护功能是对控制器中换相功率管、电源免过放电,以及电动机在运行中,因为某种故障或误操作而导致的可能引起的损伤等故障出现时,电路根据反馈信号采取的保护措施。电动车基本的保护功能和扩展功能如下: 1、制动断电 当制动时,内部开关被闭合或被断开,而改变了原来的开关状态。这个变化形成信号传送到控制电路中,电路根据预设程序发出指令,立即切断基极驱动电流,使功率截止,停止供电。因而,既保护了功率管本身,又保护了电动机,也防止了电源的浪费。 2、欠压保护 这里指的是电源的电压。当放电最后阶段,在负载状态下,电源电压已经接近“放电终止电压”,控制器面板(或仪表显示盘)即显示电量不足,引起驾驶员的注意,计划自己的行程。当电源电压已经达到放终时,电压取样电阻将分流信息馈入比较器,保护电路即按预先设定的程序发出指令,切断电流以保护电子器件和电源。 3、过流保护电流超限对电机和电路一系列元器件都可能造成损伤,甚至烧毁,这是绝对应当避免的。控制电路中,必须具备这种过电流的保护功能,在过流时经过一定的延时即切断电流。 4、过载保护过载保护和过电流保护是相同的,载重超限必然引起电流超限。 5、欠速保护仍然属于过流保护范畴,是为不具备0速起步功能的无刷控制系

无刷电动车控制器接线方法

无刷电动车控制器接线方法

无刷电动车控制器接线说明 1.电源输入 粗红色线为电源正端黑色线为电源负端细橙色线为电门锁 2.电机相位(u、v、w输出)

粗黄色线为U 粗绿色线为V 粗蓝色线为W 3.转把信号输入 细红色线为+5V电源细绿色为手柄信号输入细黑色线为接地线 4.电机霍耳(A、B、C输入) 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线 细黄色线为 A 细绿色线为 B 细蓝色线为 C 5.刹车(柔性EABS+机械刹) 细黄色线为柔性EABS;细蓝色线为机械刹(高电平刹车:+12V)细黑色线为接地线(低电平刹车) 6.传感器 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线细绿色线为传感器信号输入7.仪表(转速):细紫色线 8.巡航:细棕色线 9.限速:细灰色线 10.自动识别开关线:细黄色线 PIC16F72智能型无刷电动车控制器使用方法和注意事项 1、在接线前先切断电源,按接线图所示连接各根导线; 2、该控制器应安装在通风、防水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位,禁止将控制器电源正负极反接(即严禁粗红、细橙和粗黑;细红和细黑接反)。 5、电机模式自动识别:正确接好电动车控制器的电源、转把、刹把等线束,,将电机识别模式开关线(细黄)短接,打开电门锁,使电机进入自动识别状态,若电机反转则按一下刹车即可使电机正向转动,在控制器识别电机模式10秒后将电机识别模式开关线(细黄)直接断开即可完成电机模式自动识别。 6、1+1助力方向调整:在通电状态,将调速电阻从最大值调到最小值,再回到原始状态后,可将1+1助力的方向从正向模式切换到反向模式,再调整一次可从反向模式切换到正向模式,并将最终的模式存入单片机。 更多关于电动车维修请点击下面的链接 电动车整车电气原理图 电动机车故障维修手册 电动车检测仪制作 电动车综合检测仪制作 电动车故障维修资料 电动车三合一喇叭接线图 电动车电机霍尔更换图解 电动车维修 电动车维修技术 电动车故障维修 无刷电机相角的判断 无刷电机的接线方法 电动车报警器(防盗器)的接法

电动自行车无刷控制器电路原理分析

该控制器由CPU(PIC16F72)、2片74HC27(3输入或非门)、1片74HCO4D(反相器)、1片74HCO8D(双输入与门)和1片LM358(双运放)、6只大功率场效应管等组成,功率达350W,是一款比较典型的无刷电动车控制器,具有600和120°驱动模式自动切换功能。 根据实物绘出其电路图,如图所示。该控制器由CPU(PIC16F72)、2片74HC27(3输入或非门)、1片74HCO4D(反相器)、1片74HCO8D(双输入与门)和1片LM358(双运放)、6只大功率场效应管等组成,功率达350W,是一款比较典型的无刷电动车控制器,具有600和120°驱动模式自动切换功能。 电路组成及工作原理 该电路分为电源电路,信号输入与预处理、智能信号处理控制,驱动控制信号功率驱动开关等三部分。CPU(PIC16F72)单片机是智能处理控制部分的核心。PIC16F72的引脚功能描述见304页图中所注。 1.电源电路 该控制器有三组电源。第一组是提供总能源的电池。板子上的电解电容C1(1OOOμ F/63V)、C11(1OOμF/63V)及C1O(μF/63V)用于消除由电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰。由于是工作在大电流、高频率、高温状态下,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15V电压,一是给场效应管供电,由于场效应管必须有1OV以上、20V 以下的电压才能很好地导通,所以必须有合适的电压为其供电,同时15V电压也为5V稳压块提供预稳压。稳压块为LM317,输出15V。由于LM317的输入输出压差不能超过40V,而输入电压(电池电压)可能高达60V,因此在LM317前面加了一只330Ω/2W的电阻。 第三组电源是5V,稳压块采用LM78LO5,由于78LO5的最大输出电流只有1OOmA,所以并联了两只Ω的电阻R75、R76,以扩流。系统对5V电源的要求比较高,不单单是因为逻辑电路、CPU等的电源电压都不能过高,而且由于CPU的所有AD转换都是以5V电压为基准,所以若5V不准,会出现电流检测、欠电压检测、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,该电压应严格控制在~。

电动车控制器原理图解

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。 电路中,末级功率管V1和V2,V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管;V5和V6,V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管;V9和V10,Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC,U4为上管驱动IC;U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上,因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降,所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小,避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、

电动车无刷控制器电路图(高清)

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。 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: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。 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1 12:数字输入口:功能开关2 13: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3 15、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

控制器的种类及工作原理

控制器的种类及工作原理 控制器(英文名称:controller)是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 控制器的分类有很多,比如LED控制器、微程序控制器、门禁控制器、电动汽车控制器、母联控制器、自动转换开关控制器、单芯片微控制器等。 一、种类概括简介: 1.LED控制器(LED controller):通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关。控制器根据预先设定好的程序再控制驱动电路使LED阵列有规律地发光,从而显示出文字或图形。 2.微程序控制器:微程序控制器同组合逻辑控制器相比较,具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点,因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器,并已被广泛地应用。在计算机系统中,微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。 3.门禁控制器:又称出入管理控制系统(Access Control System) ,它是在传统的门锁基础上发展而来的。门禁控制器就是系统的核心,利用现代的计算机技术和各种识别技术的结合,体现一种智能化的管理手段。 4.电动汽车控制器:电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。 二、电动车控制器工作原理说明 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件,它就象是电动车的大脑,是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等,电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。 电动车控制器近年来的发展速度之快使人难以想象,操作上越来越“傻瓜”化,而显示则越来越复杂化。比如,车速的控制已经发展到“巡航锁定”、驱动

无刷电机控制器基本原理

无刷电机控制器基本原理 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、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、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VT1、VT2、VT3;VT2、VT3、VT4;VT3、VT4、VT5;VT4、VT5、VT6;VT5、VT6、VT1; VT6、VT1、VT2;VT1、VT2 、VT3??的次序通电,电机才能正常运转。

电动车控制器原理及设计

电动车控制器原理及设计

摘要:电动车控制器如同电动车的大脑,是电动车的重要组成部件,它控制着电动车的启动、运行、速度、进退、停止以及电动车的其他电子器件。直流电机、电力电子、数字电子、模拟电子、单片机等学科的相关知识在电动车控制器中都有所体现。本文先从控制器在电动车中的功能入手,进而研究其运行的原理。在这一过程中,回顾大学四年之所学,以达融会贯通之目的。 关键词:控制器功能原理专业知识

一、电动车控制器的功能 (4) 1、概述 (4) 2、控制器的具体功能 (5) 二、电动车控制器的原理 (7) 1、控制器控制系统原理 (7) 2、控制器内部电路 (8) ①PWM(pulse width modulation)电路 (9) ②电机驱动电路 (11) ③霍尔电路 (11) ④稳压电源电路 (13) ⑤蓄电池放电指示电路 (13) ⑥蓄电池过放电保护电路 (14) ⑦电机过流保护电路 (14) ⑧制动保护电路 (15)

一、电动车控制器的功能 1、概述 电动车控制器是用来控制电动车电动机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其他电子器件的核心控制器件,它就像电动车的大脑,是电动车上的重要部件。电动车从目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车等,电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。 电动车控制器以功率大小可以分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率,三轮车和电摩托使用中功率和大功率的。从使用的直流电机类型来看,可分为有刷和无刷两大类。 图1-1 -1控制器外观

图1-1-2 控制器内部器件布置 2、控制器的具体功能 随着电动车应用的推广和发展,对控制器功能的要求越来越高,越来越多元化。目前流行的电动车大都采用直流电机,对直流电机调速的控制方式主要为PWM(pulse width modulation脉宽调制)。因而电动车控制器的核心是脉宽调制器。一款完善的电动车控制器一般要具备以下功能 1、速度调节 2、电机过流保护 3、电瓶欠压保护 4、刹车断电 5、电量显示 具体包括以下功能:防飞车、巡航(自动、手动)、助力、反充电功能、柔性EABS刹车功能、防盗、欠压保护、过载保护功能、自动识别相位、转堵保护功能、分档式行驶功能、零启动功能、低噪声控制功能、短路保护功能、 ◆防飞车 转手把到任意位置,然后观点电源锁或关掉开关,手把保持不动,打开电源锁或电源,电机保持不转;放开手把,然后转动手把,电机开始转动。 ◆自动巡航 维持调速转把到任意位置并保持不变,几秒(一般为8秒)钟后,电机进入巡航状态,即维持原来的速度自动巡航,刹车断电后,退出巡航状态。 ◆手动巡航 骑行时,按一下巡航按钮(触发式,接地有效),进入巡航状态,巡航按钮或刹车断电后,退出巡航状态。 ◆助力 在电动车上装助力发生器,当人踩踏板时,根据人踩踏板时的速度,控制器自动控制电

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