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部分电动自行车控制器电路详解

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(3)四川绵阳产某牌中功率有刷控制器
    该控制器采用无刷专用芯片,MC33035为核心制作的有刷控制器。
 
    控制器电路原理图见图6所示,该控制器的特点是刹车时三管齐下,具体工作原理如下:
    刹车电路主要由J、Q3、Q6等组成。继电器常开触点串联在电机的供电电路中,+24V通过R29、D8为Q3提供基极电流,Q3导通,J得电吸合,常开触点闭合,电机得电。
    1)当刹车时,左、右刹车开关闭合,+15V通过R25、R21为Q6提供基极电流,Q6导通,集电极电位降低,D4导通,使D8截止,Q3失去基极电流而截止,J失电,常开触点断开,电机失电停止转动。
    2)在Q6导通,集电极电位降低时,D5也导通,降低了U1的⑦脚电位。该脚低电平关断PWM输出。
    3)在Q6导通,集电极电位降低时,D6也导通,无论调速转把在低速或高速位置,均将霍尔调速转把转速信号对地短路而降低送往U1⑾脚的信号电压。
    欠压保护电路由欠压检测U2B和单端触发器U3组成。其输出经Q4倒相送U1的⑦脚,关断U1的输出。转把电压检测U2C的输出送单端触发器U3强制复位端④脚进行调速工作。

(4)北京某牌带防飞车功能有刷控制器
    电路原理图见图7。
 
    防飞车功能是靠串联在电机和电源正极之间继电器J的常闭触点J实现的。下面两种情况之一,都会使继电器得电,断开电机电源:一是电机过流;二是速度转把在零速位置时,VDMOS的漏极D为低电位(开关管击穿)。电机过流,电流取样电阻R1下端电压变低,电流检测IC1A的②脚变低,①脚变成高电位,经D5使T7、T8导通,J得电,常闭触点断开。
    当速度转把在零速位置时,PWM IC2的①脚低电位,D3截止,T6截止,其集电极高电位。一种情况:如果功率开关管没击穿则VDMOS的漏极D为高电位,经R6使T6导通,其集电极低电位,二极管D4是正与门,由于T5、T6集电极只有一个高电位,二极管D4截止,T7、T8截止,J不得电,其常闭触点闭合.使电机受控于T1、T2;另一种情况:如果功率开关管已击穿,则VDMOS的漏极D为低电位,经R6使T5截止,其集电极高电位,二极管D4是正与门,由于T5、T6集电极都是高电位,二极管D4导通;T7、T8导通,J得电,其常闭触点断开,使电机失电而达到防飞车保护。
    当速度转把不在零速位置时,PWM IC2的①脚是一串正脉冲,经积分电路R20、C7积分,C7电位升高,D3导通,T6导通.其集电极低电位,二极管D4是正与门,无论T5集电极电位是高还是低,二极管D4都截止,T7、T8截止。J不得电,其常闭触点使电机得电。保证了功率开关管VDMOS正常导通时的漏极D为低电位,电机只要不过流即可控制电机旋转。

(5)三友SAYO ZHD2大功率有刷控制器
    这款控制器是石家庄地区货运三轮主流控制器之一。电路原理方框图及接线图见图8所示。该电路的特点是:
(1)频率低,约150Hz,因而续流二极管采用了普通整流桥;
(2)没有欠压和过流保护;
(3)采用了简单的门电路作三角波发生器;
(4)采用5只大功率VDMOS并联,并且采用了简单均衡电路;
(5)速度转把是自制的光电速度把。
 
    该控制器有36V、48V、60V多种规格,主要区别在功率管部分,电路见图9。如此简明的控制器,主要损坏元件就是功率管。损坏的原因主要是串激电机碳刷接触不良,高压击穿功率管;还有堵转造成的过流和过热。
 

(6)有刷控制小结
    无论更换原配套、还是换用其他品牌的有刷控制器,首先要搞清控制器的几条基本连线:电源正、负线,两条电机接线,三条速度转把接线,刹车把接线,钥匙接线。仪表接线等。进一步判断霍尔速度转把三条接线,具体到哪一条是+5V、地和速度信号,刹车把接线是断开有效还是短路有效等。
    修理有刷控制器,首先要根据现象粗略估计损坏部位,排除控制器外部接触不良等低级故障。例如:飞车现象可能是VDMOS击穿,也可能是霍尔速度转把的接地端悬空;加电不转可能是控制器故障,也可能是外部连线烧断或接触不良,特别是刹车开关、钥匙、电池等部位;加载无力可能是电流取样电阻脱焊,也可能是电机问题等。确实认定是控制器内部故障,再打开检查维修。
    要认清控制器内部关键器件,有些器件外形一样,例如TO-220封装的VDMOS、三端稳压器78xx、续流二极管等。生产厂商为保密往往把元器件的印刷标示打磨掉了,给维修增加了麻烦。小功率控制器,可根据连线部位等特征来认定,例如:续流二极管两端和电机两条线是并联关系,用万用表测一下就清楚了;VDMOS和三端稳压器78xx虽然都有一端接地,但VDMOS一端接电机,稳压器78xx则不接电机。集成块也可以从脚数和连线部位等特征来区分,例如:TL494是16脚的。LM324和LM339是14脚的,LM393和LM358是8脚的;虽然LM324和LM339都是14脚的,但是供电脚不同,LM324供电端是④脚,而接地端是⑾脚。LM339供电端是③脚.接地端是⑿。
    接有直径1mm长度大约1cm的镍铜丝或康铜丝的电阻,一般是电流取样电阻,一端接VDMOS的源极S,一端接电池负极(粗黑),康铜丝两端受热很易造成焊锡脱落。可能造成轻载正常、重载无力等故障。
    根据原理图可以进一步沿信号通路分析,有刷控制器核心部位就是PWM。它前面的输入信号,一路是三角波发生器的三角波,一路是霍尔速度转把的速度信号。PWM的驱动信号加到VDMOS栅极。
    维修重点:一是VDMOS。控制器中就是VDMOS损坏率高,多数为DS间击穿.造成加电就高速旋转。在不加电情况下,用万用表一测便知,一般换用好管故障就会排除。更换时,要注意绝缘和散热,要垫上导热绝缘片并涂上导热硅脂,固定好散热板的紧固件。伴随VDMOS击穿,还可能有其他周边元件损坏。如互补推挽下管PNP管等。另一个是稳压电源,可以带电检查其输出是否为额定稳压值,如没有,排除输出短路后,再沿电路向前检查。对于控制芯片采用TL494的电路,尽管内部复杂,只要检查关键点,就能判断大致情况。TLA94第⒁脚为+5V参考电源输出端,如⑿脚供电正确,⒁脚没有+5V。一般就是芯片坏了;③脚也是关键点,它为高电位时,芯片关闭输出,如果它为高电位,要检查造成原因,例如欠压保护,霍尔调速把故障等;④脚在有刷控制器中也是关键点,它为高电位(3.6V)时,芯片关闭输出,如果它为高电位,要检查造成原因。也可以检查后部的关键点,例如VDMOS栅极电压是否随霍尔速度转把转动变化等。

    功率开关管损坏的原因和对策:
    1)热损坏开关管过热后性能下降,极易损坏。开关管发热主要是导通损耗和开关损耗。导通压降和电流的乘积越大发热越多。压降大原因之一是器件本身问题,靠严格筛选解决,并联使用要经过配对;压降大原因之二不是器件本身问题,是开关通过放大区时间过长,通过改善(栅极驱动和泄放)电路设计解决。欠压保护和过流保护工作在临界(如堵转引起逐周过流保护动作)时,切换频繁,PWM频率升高,开关管开关损耗随频率升高而升高造成过热。关于欠压保护工作在临界切换频繁的改进,采用改进施密特电路,正反馈加一个二极管和一个电阻。

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