3.无刷控制器电动自行车电路图的识读
采用无刷控制器电动自行车的电路图如图10所示。工作时,220V交流市电经过充电器给36V蓄电池充电。在使用电动自行车时,36V蓄电池经过20A熔断器、电源锁,给整车供电。打开电源锁,整车带电。
蓄电池给仪表供电,显示
蓄电池剩余电量,同时也显示骑行的速度。当打开前照灯开关时,前照灯和夜行灯亮,且仪表中的前照灯指示灯也亮。当打开左侧转向灯时,前左转向灯、后左转向灯和仪表中的左转向灯点亮。当右侧转向开关打开时,前右转向灯、后右转向灯和仪表中的右转向灯点亮。
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36V蓄电池给控制器供电,调整调速手把时,将调速电压送给控制器,来改变无刷电动机的电压,也就是来改变无刷电动机的速度。当制动时,左或右闸把信号送给控制器,控制器控制电动机停转。
4.有刷控制器电路图的识读
电动自行车有刷电动机控制器的构成主要有采用运算放大器、采用电压比较器完成PWM电路、采用开关电源集成电路、采用单片机构成智能型4种。控制器电路主要由稳压器与保护电路、锯齿波发生器、PWM调制器、驱动电路、功率放大电路、制动控制电路、调速控制电路等组成,如图11所示。
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外围元器件主要是电阻、传感器、开关电路以及辅助单片机(微处理器集成电路)或专用集成电路,主要用于取样、放大等。而PWM控制集成电路通常内置了锯齿波发生器、PWM调制器、保护电路、驱动电路、控制部件(转把、闸把等)信号接口电路与处理电路等。
输入控制器的信号有闸把信号、调速信号和助力传感器信号等输入。
(1)稳压器 它主要由分离组件或集成电路构成,其作用是将来自
蓄电池盒的24V/36V/48V电压变换为5~18V的直流电压,为控制系统低压电路供电。部分控制器采用了DC~DC功率变换器,将24V/36V/48V电压变换为12~18V直流电压。
(2)锯齿波发生器 锯齿波发生器(又称为三角波脉冲)由集成电路内部的多谐振荡器和外接的RC定时组件通过振荡形成锯齿波脉冲。
(3) PWM调制器 PWM(脉冲宽度调制)调制器以PWM控制型集成电路的RS触发器或运算放大器为核心构成。该触发器利用锯齿波脉冲发生器输出的锯齿波脉冲作为触发器信号,再与其他控制信号比较后,产生占空比可调的矩形脉冲信号,即调宽脉冲。
(4)功率放大器 功率放大器对来自驱动电路的PWM激励脉冲进行放大,以便为电机绕组提供驱动电流,使电机旋转。功率放大器多采用大功率型场效应管或复合管IGBT对来自驱动电路的矩形脉冲进行放大,以便驱动电动机旋转。目前,电动自行车无刷电动机控制器都采用了6个大功率型场效应管或IGBT管,而有刷电动机控制器采用的大功率场效应管、EGBT管与输出功率大小有关,最少的是一个,最多的是5个并联使用,一般采用的是2个。
(5)驱动电路 由于PWM电路输出的PWM脉冲不能直接驱动功率放大器,所以经放大后才能驱动功率放大器,驱动电路的作用就是将来自PWM调制器的调宽脉冲进行放大。
驱动电路有的采用分离组件构成,有的采用集成电路构成,其作用是将来自PWM调制器的调宽脉冲进行放大。有刷电动机控制器仅设置了一套驱动电路,而无刷电动机控制器的驱动电路设置了三套构成完全相同的驱动电路。
(6)调速电路 调速信号是电动自行车的速度控制信号、电动机的驱动信号。调速电路就是对来自转把的调速信号进行放大后,为PWM调制器提供比较信号,改变调宽脉冲的占空比,从而实现对功率放大管导通时间的控制,以实现电动机转速的控制。功率放大管导通时间越长,为电动机提供的电流越大,电动机转速越快。
电动自行车的调速转把可控制车速。调速手柄有光电调速手柄和霍尔调速手柄两种,目前大多数电动自行车都采用霍尔调速手柄。调速转把一般引线有三根,即电源线(+5V红线)、调速手柄信号线(绿线)和接地线(黄线)。
(7)制动电路 制动电路由闸把和放大器等构成,它是用来切断电动机旋转的驱动信号。进行制动时,闸把内的机械开关或开关型霍尔组件动作,输出低电平或高电平控制信号给控制器。PWM控制器接收控制信号后,使PWM电路不再输出调宽脉冲,信号放大电路不能为电动机提供驱动电压,电动机停止转动,随后闸把通过钢索使抱闸抱紧,完成制动。
(8)保护电路 保护电路是为了保证控制器或骑行者安全而设置的,大部分控制器都设置了供电电压(
蓄电池电压)不足保护(欠压保护)、场效应管过流保护电路,部分控制器还设置了防止“飞车”的保护电路和过热保护、电动机缺相保护、电动机堵转保护等电路。
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