部分電動自行車控制器電路詳解

本文分別介紹國內部分具有代表性的電動自行車控制器整機電路，並指出與其他產品的不同之處及其特點。所列電路均是根據實物進行測繪所得，圖中元件號為筆者所標。通過介紹具體實例，達到舉一反三的目的。
電動自行車控制器
目前流行的電動自行車、電動摩托車大都使用直流電機，對直流電機調速的控制器有很多種類。電動車控制器核心是脈寬調製(PWM)器，而一款完善的控制器，還應具有電瓶欠壓保護、電機過流保護、剎車斷電、電量顯示等功能。
電動車控制器以功率大小可分為大功率、中功率、小功率三類。電動自行車使用小功率的，貨運三輪車和電摩托要使用中功率和大功率的。從配合電機分，可分為有刷、無刷兩大類。關於無刷控制器，受目前的技術和成本制約，損壞率較高。筆者認為，無刷控制器維修應以生產廠商為主。而應用較多的有刷控制器，是完全可以用同類控制器進行直接代換或維修的。
1.有刷控制器實例
(1)山東某牌帶電量顯示有刷控制器
電路方框圖見圖1。


1)電路原理
電路原理圖見圖2所示，該控制器由穩壓電源電路、PWM產生電路、電機驅動電路、蓄電池放電指示電路、電機過流及蓄電池過放電保護電路等組成。


穩壓電源 由V3(TL431)，Q3等元件組成，從36V蓄電池經過串聯穩壓后得到+12V電壓，給控制電路供電，調節VR6可校準+12V電源。
PWM電路 以脈寬調製 器TL494為核心組成。R3、C4與內部電路產生振蕩，頻率大約為12kHz。
H是高變低型霍爾速度控制轉把，由鬆開到旋緊時，其輸出端可得到4V—1V的電壓。該電壓加到TL494的②腳，與①腳電壓進行比較，在⑧腳得到調寬脈衝。②腳電壓越低，⑧腳輸出的調寬脈衝的低電平部分越寬，電機轉速越高，電位器VR2用於零速調節，調節VR2使轉把鬆開時電機停轉再過一點。
電機驅動電路 由Q1、Q2、Q4等元件組成。電機MOTOR為永磁直流有刷電機。TL494的⑧腳輸出的調寬脈衝，經Q1反相放大驅動VDMOS管Q2。TL494的⑧腳輸出的調寬脈衝低電平部分越寬，則Q2導通時間越長，電機轉速越高。D1是電機續流二極體，防止Q2擊穿。TL494的⑧腳輸出低電平時，Q1、D2導通，Q4截止，Q2導通；TL494的⑧腳輸出高電平時，Q1、D2截止，Q4導通，迅速將Q2柵極電荷泄放，加速Q2的截止過程，對降低Q2溫度有十分重要的作用。
蓄電池放電指示電路 由LM324組成四個比較器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分壓形成四個不同基準電壓分別加到四個比較器的反相端。蓄電池電壓經R23和R22分壓加到每個比較器的同相端，該電壓和蓄電池電壓成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。當蓄電池電壓不低於38V時，LED1、LED2、LED3均點亮；當電池電壓低於38V時，LED3熄滅；當電池電壓低於35V時，LED2熄滅；當電池電壓低於33V時，LED1熄滅，此時應給電池充電。調節VR1、VR4、VR3可分別設定LED3、LED2、LED1熄滅時的電壓。LED4用作電源指示，LED5用作欠壓切斷控制器輸出指示。
蓄電池過放電保護 當蓄電池放電到31.5V時.LM324的①腳輸出低電平，三極體Q5導通，約5V電壓加到TL494的死區控制端④腳.該腳電位≥3.5V，就會迫使TL494內部調寬脈衝輸出管截止，從而使三極體Q1、Q2截止，電機停止運轉，蓄電池放電停止，進入電池保護狀態。此時LED5點亮，指示出該狀態。VR5用於設定電池保護點電壓。
電機過流保護 R30為電機電流取樣電阻，當過流時，取樣電壓經R14加到TL494的⑩腳。當⑩腳電位高於⑩腳電位時，TL494內部運放2輸出高電平，迫使TL494內部調寬脈衝輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉，從而保護了電機。
制動保護 當剎車制動時，KEY2接通.5V電壓加到TL494的死區控制端④腳，迫使TL494內部調寬脈衝輸出管截止，從而使Q1、Q2截止，電機停止運轉，實施制動保護。
2)調試
調速電路零速調試：速度轉把完全鬆開.調節VR2使電機停轉並再調過一點以保證可靠置零速。制動調試：轉動速度轉把，電機旋轉。此時閉合制動開關KEY2，Q2柵極應立即變為低電平0V。過流保護調試：轉動速度轉把，Q2柵極為高電平12V。此時在源極對地之間加上0.8V左右的電壓，柵極應很快變為低電平。
蓄電池放電指示電路用可調電源代替蓄電池。電壓為38V時，調節VR1，使LED3剛好熄滅；電壓為35V時，調節VR2，使LED2剛好熄滅；電壓為33V時，調節VR3，使LED1剛好熄滅；電壓為31V時，調節VR5，使LED5剛好點亮，此時TL494的④腳應為高電平5V左右，進入電池欠壓保護狀態。通過上述設置，僅LED1點亮時，電壓為33V-34V，應及時給蓄電池充電，不過LED1熄滅至LED5點亮這段時間，蓄電池還可維持運行，但LED5點亮時，進入欠壓保護狀態。此時應注意，過一會兒電池電壓因電機停轉而回升，保護解除，又恢復工作。如此反覆保護-工作-保護的結果會損壞電池和控
制器，故應避免出現這種狀況。
(2)上海偉顯牌控制器
使用LM324、LM393和LM339製作的有刷控制器可靠性是很高的，就是器件數量多些。該控制器僅用一片LM339製作有刷控制器部分。用另一塊LM339製成電量顯示部分。顯示部分見圖3，電路原理見圖4所示。