電動(dòng)車采用的電機(jī)分有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種,，由于無刷電機(jī)具有噪聲低,、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因而在電動(dòng)車中獲得比較廣泛應(yīng)用,。無刷電機(jī)的控制器要比有刷電機(jī)控制器復(fù)雜得多,，在維修上有一定的難度，因此,，本文從無刷控制器的原理入手介紹維修要點(diǎn),，以期對(duì)廣大維修愛好者有所幫助,。

基本原理

    電動(dòng)車無刷控制器主要由單片機(jī)主控電路、功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路,、電子換向器,、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)把信號(hào)電路,、欠電檢測(cè)電路,、限流/過流檢測(cè)電路、剎車信號(hào)電路,、限速電路,、電源電路等部分組成，其原理框圖如圖1所示,，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(gè)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(shí)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn),。在電動(dòng)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(yùn)用,，二二通電方式即每一瞬間有兩只功率管同時(shí)通電,，三三通電方式即每一瞬間有三只功率管同時(shí)通電。對(duì)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,、VT2??的通電順序，電機(jī)才能 正常運(yùn)轉(zhuǎn),。對(duì)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  ,、VT3??的次序通 電,，電機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

    2.  功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路 

    功 率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路用來驅(qū)動(dòng) 電子換向器的 6 個(gè) MOSFET管，由于6 個(gè)MOSFET管組成了  3個(gè)相同的橋臂,， 對(duì)這3個(gè)相同的橋臂  的驅(qū)動(dòng)電路是相同的,，因而功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)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(jí)驅(qū)動(dòng)電路,，對(duì)于一無刷控制器,，有3個(gè)這樣的電路，分別驅(qū)動(dòng)3個(gè)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(hào)、轉(zhuǎn)把信號(hào),、過流檢測(cè)信號(hào),、剎車信號(hào)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(gè)橋臂的前級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào),，以控制電機(jī)的運(yùn)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(dòng)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(hào),，如圖 4中的SPSIG端信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電阻R69和R68組成的網(wǎng)絡(luò)送入單片機(jī)的第5腳,，單片機(jī)根據(jù)該腳的電壓信號(hào)變化,，決定輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速,。目前市面上電動(dòng)車的轉(zhuǎn)把輸出信號(hào)電壓一般在1~4.2V,，

    它內(nèi)部是由一個(gè)線性霍爾元件和一個(gè)磁 體組成，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把,、磁體移動(dòng),，霍爾元 件感應(yīng)變化的磁場(chǎng)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(hào),，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(hào)（SPSIG）送入單片機(jī)的5 腳的電壓，從而限制了電動(dòng)車的最高 轉(zhuǎn)速,。

    5. 霍爾信號(hào)檢測(cè)電路

    在圖4中,，電阻R31~R36、電容 C16~C18組成霍爾信號(hào)檢測(cè)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(hào)。單片機(jī)的15,、16,、17腳分別檢測(cè)來自電機(jī)內(nèi)的三路霍爾位置信號(hào)，以決定換相時(shí)刻,。 

    6.欠壓檢測(cè)電路

    在圖4中,，元件R70、R71,、R72,、 C23組成電池電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)值送入單片機(jī)的3腳,，當(dāng)該腳檢測(cè)值低于某一數(shù)值時(shí),，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(hào)電路

    對(duì)于電動(dòng)自行車，當(dāng)手把剎車時(shí),，單片機(jī)得到剎車信號(hào),，無刷電機(jī)控制器停止輸出控制信號(hào)，電機(jī)斷電,，這稱為剎車斷電,，對(duì)于有些無刷控制器，當(dāng)單片機(jī)得到剎車信號(hào)時(shí),，則輸出控制信號(hào),，強(qiáng)制電機(jī)抱住，使電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng),，這稱為電剎車,。目前市面上電動(dòng)車的剎車信號(hào)有高電平剎車信號(hào)和低電平剎車信號(hào)兩種，對(duì)于單片機(jī)一般只識(shí)別其中一種信號(hào),，如果采用電平轉(zhuǎn)換電路,，則可識(shí)別兩種電平的剎車信號(hào)。在圖4中,，當(dāng)BK信號(hào)端為低電平,，則單片機(jī)第7 腳得到低電平剎車信號(hào)，通知無刷控制器完成剎車過程,。當(dāng)HBK端為高電平時(shí),，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(dòng)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(gè)是14V電源供功率MOSFET驅(qū)動(dòng)用,，另一個(gè)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,，電路程式如圖5所示,。

    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(duì)于 36V控制器,，限流值一般在14±1A,，對(duì)于48V控制器限流值一般在17±1A。限流保護(hù)其實(shí)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(yùn)放與電阻R73,、R74,、R75、R76及RT 構(gòu)成限流信號(hào)檢測(cè)電路,。R T為串接于 MOSFET管上的電阻絲,，如圖2所示，因?yàn)殡姍C(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(shí),，此時(shí)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(shí),，則降低MOSFET 驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)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(shí) R  T上的電壓下降,，使得IC6的第7腳輸出下降,，如此動(dòng)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(shí),，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(yùn)放和R59,、R61、R62及R T構(gòu)成過流保護(hù)檢測(cè)電路,，見圖4,。檢測(cè)信號(hào)由IC6的1 腳輸出，送入單片機(jī)的21腳,。

維修要點(diǎn)

    根據(jù)筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn),， 要修好無刷控制器，可按如下步驟進(jìn) 行,，將會(huì)收到事半功倍的效果,。

    第一步?正確判斷無刷電機(jī)控制器的各引出線功能 無刷電機(jī)控制器一般具備如下引 出線。

    1.  電機(jī)線（圖6中A線）無刷電機(jī)控制器電機(jī)線有3根,，稱為A,、B、C相線,，一般黃線為A相，藍(lán)線為B相,，綠線為C相,，但也有例外，這就要求維修者試著調(diào)換3根線的次序,，直到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,。

    2.  電源線（圖6中B線）無刷電機(jī)控制器電源線一般用3根線，其中一根細(xì)一些的線為鎖線,，它是給無刷電機(jī)控制器14V及 5V電源供電的,，另外兩根粗線（紅、黑）給功率管供電,。

    3. 限速線（圖6中C線）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電動(dòng)車的最高限速 為20km/h,，因此各無刷電機(jī)控制器廠 家生產(chǎn)的控制器出廠時(shí)都留有如圖7 中的D號(hào)線，當(dāng)插頭插上,，則電動(dòng)車 限速為20km/h,，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，如斷 開，則電動(dòng)車速度將大于20km/h,，方 便用戶選擇,。

    4.  剎車線（圖6中D線）剎車線連接到電動(dòng)車的把手開關(guān)上，當(dāng)剎車時(shí)開關(guān)動(dòng)作,，剎車信號(hào)送入單片機(jī),，執(zhí)行剎車斷電或剎車抱死動(dòng)作。

    5.  速度線（圖6中E線）速度線與電動(dòng)車儀表盤中的速度表相連,，在無刷電機(jī)控制器內(nèi)它通過一限流電阻與電機(jī)的某一根相線相連,。電機(jī)速度變化，反應(yīng)在電機(jī)相線中電流變化,，則在速度線中電流也變化,，反應(yīng)在儀表盤中就是速度的變化。

    6.  轉(zhuǎn)把線（圖6中F線）轉(zhuǎn)把線連接到電動(dòng)車轉(zhuǎn)把內(nèi)的霍爾上,，轉(zhuǎn)把線有3根線,，分別為電源正、電源負(fù)和信號(hào)線,，一般紅線為電源正,，黑線為電源負(fù)，信號(hào)線為藍(lán)色,。當(dāng)轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)把內(nèi)磁鐵相對(duì)霍爾運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生由低到高的感應(yīng)電壓信號(hào),，該信號(hào)送入單片機(jī),，執(zhí)行調(diào)速指令。

    7.  電機(jī)霍爾線（圖6中G線）電機(jī)霍爾線與電機(jī)內(nèi)霍爾相連,，以決定電機(jī)換相時(shí)刻,。霍爾線有5根線：紅為正,，黑為負(fù),，其余3根線為3 個(gè)霍爾信號(hào)，這3根線與電機(jī)相連,，必須次序正確,，否則電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)需反復(fù)調(diào)換這3根線與電機(jī)相連次序,，直到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,。

    第二步?目視檢查打開無刷電機(jī)控制器，如圖7所示,，目視檢查有無不良,，重點(diǎn)檢查各導(dǎo)線是否焊接良好,，功率MOS管、14V 穩(wěn)壓管,、大電解電容,、單片機(jī)、振蕩器是否焊接良好,，如圖7中A,、B、C,、 D,、E標(biāo)注的所示，要排除不良點(diǎn),。

    第三步?在不通電情況下用萬用表檢查