(6)电动机有刷控制器小结及维修
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。
2)电压击穿主要是开关管本身耐压不够,当电压过高的一瞬间,还没来得及将热传到散热器,管子DS就击穿了,所以也称冷击穿。器件本身应经过严格筛选,并联应用器件要经过配对,否则易损坏;外因主要是电机大电流工作时,突然关断,引起瞬间高反电势,例如有刷电机碳刷接触不良。解决方案是并联大电流、高速、低压降续流二极管.例如采用30A双快恢复(或肖特基)管。还有,在开关管DS间加阻容吸收保护。
3)提高大功率控制器可靠性对策 大功率控制器要采用大电流高反压耐高温开关管。但是,大功率场效应管耐压和导通电阻制造时是有矛盾的,例如耐压60V左右的管子,导通电阻可以做到8mΩ,耐压升高到100V,导通电阻就成几倍增加。行之有效的措施是:一是降低振荡频率;二是增加并联器件数;三是增加驱动功率;四是加大散热板面积;五是振荡、三角波形成、PWM等电路不用WPM专用芯片TL494等,而选用故障率较低的比较器(LM339)、简单门电路等器件制作;六是功率冗余,就是功率管和续流管多只并联,但要特别注意分布参数;七是欠压保护改为欠压提示,不关断等。
2.无刷控制器