一款電動車控制器電路的分析與改進

　　摘要：電動車在上坡時速度會減小而電流會增大，在由上坡駛?cè)肫铰坊蛳缕碌那闆r下由于阻力突然減小甚至消失，而驅(qū)動電流仍然較大，使得速度會快速增大，出現(xiàn)所謂的“過沖”現(xiàn)象。這給操作者帶來不適且有一定的危險性。為了減輕或消除“過沖”現(xiàn)象，從硬件和軟件兩方面做出改進。對于非“過沖”時使用“調(diào)速控制”，通過調(diào)整驅(qū)動電流，力求使速度達到操作者通過轉(zhuǎn)把設(shè)定的速度，并進行雙閉環(huán)控制以克服復(fù)雜的路況變化。在“過沖”時采用“定速控制”，依據(jù)速度信號來調(diào)整驅(qū)動電流，在設(shè)定的時間內(nèi)使速度保持不變。

　　關(guān)鍵詞：電動車；控制器；過沖；改進；定速控制；

　　調(diào)速控制控制器作為電動車的關(guān)鍵部件，其技術(shù)日臻成熟，但是仍然有一些問題有待解決。其中一個普遍的現(xiàn)象就是，電動車在上坡時速度減小而電流增大。在由上坡駛?cè)肫铰坊蛳缕碌那闆r下由于阻力突然減小甚至消失，而驅(qū)動電流仍然較大，使得速度會快速增大，出現(xiàn)所謂的“過沖”現(xiàn)象。我們把這種現(xiàn)象叫做上坡“過沖”。這種情況會給操作者帶來不適且有一定的危險性。為了減輕或者消除這種現(xiàn)象，有必要對設(shè)計做些改進。

　　1 電路構(gòu)成

　　使用無刷電動機的電動自行車控制器主要分為以使用專用控制芯片為核心的純硬件電路控制器（例如以MC33035 為核心的控制器）和以MCU 為核心的控制器（例如以AT89S2051、P87LPC767、STCl2C5410AD 等為核心的控制器）。采用的直流無刷電機多半是三相電機，電角度有60°和120°兩種。電機極數(shù)大部分為18 極，也有16 極、20 極等。

　　圖1 是一款以AT89S52 為核心的一個控制器電路框圖，電動機是電角度為120°直流無刷三相電動機。該電路中單片機接收電源電壓檢測信號、剎車信號、電機電流檢測信號、轉(zhuǎn)把（調(diào)速）信號、電機轉(zhuǎn)速檢測信號、轉(zhuǎn)子位置檢測信號等，判斷電動機轉(zhuǎn)速是否符合要求、三相繞組A、B、C 與位置信號a、b、c 之間的對應(yīng)關(guān)系是否正確等，動態(tài)的輸出PWM 形式的控制信號，控制相應(yīng)的功率驅(qū)動管的導(dǎo)通或關(guān)斷，控制電動機的起動或停止、加速或減速等，并輸出各種指示信號，如剎車信號、左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)信號、欠壓報警信號等。對于采用MCU 為核心的控制器，一般的是以軟件編程來實現(xiàn)。

　　1）轉(zhuǎn)把的形式、信號特征：轉(zhuǎn)把（轉(zhuǎn)速）信號是操作者發(fā)出的速度控制指令信號。此電動自行車使用“霍耳轉(zhuǎn)把”。以5V 供電、正把、輸出信號為1.1～4.2V。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場強度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。

　　2）閘把的形式、剎車信號特征：電動車閘把上有閘把位置傳感元件，在捏剎車把動作時，將剎車信號傳給控制器，控制器接收到剎車信號后，立即停止對電機的供電。

　　3）直流無刷電機的驅(qū)動控制：參見圖1，此電路采用三相無刷直流電機。3 個霍爾位置傳感器的空間間距為120o，輸出信號a、b、c最終送給單片機作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號及測速信號。其中A 相末級電路如圖2 所示，在驅(qū)動電路中設(shè)置了電流檢測。單片機根據(jù)霍爾轉(zhuǎn)速信號和電流檢測信號，經(jīng)過分析判斷，輸出正確的PWM 控制信號給相應(yīng)的線圈通電，從而控制電動機的起動、停止及轉(zhuǎn)速等。

　　4）欠壓保護和過流保護：當(dāng)電池電壓降低到控制器設(shè)定值以下時，單片機停止PWM 信號的輸出，以保護電池不至于在低電壓情況下放電。

　　限流保護（或過流保護）電路對控制器輸出的最大電流進行限制，以保護電池、控制器、電動機等不會出現(xiàn)允許范圍以上的電流。

　　一個最基本的電動車用無刷電機控制器所需要實現(xiàn)的功能一般包括欠壓保護、過流保護、調(diào)速、剎車、斷相保護、軟啟動等，近年來還有一些實用且流行的功能如定速巡航、ABS 剎車再生制動、1:1 助力等等。