電動車維修技巧第五章無刷驅動模塊

1、第五章 無刷驅動模塊第五節(jié)模塊驅動電路有的控制器把有源升壓電源、三相上管驅動電路制成一模塊，實現(xiàn)三相上管驅動功能。升壓驅動模塊包括升壓電路和驅動電路，升壓電路由TL494、開關變壓器B、二極管D1、D2、電容C1構成DCDC隔離型變換器，產(chǎn)生上管所需驅動電壓。TL494開關電源集成電路將15V直流電逆變成矩形脈沖，通過開關變壓器B隔離耦合至次級，TL494、R1、C2構成脈寬調(diào)制型集成電路開關電源，把直流電壓變換為高頻方波電壓，由腳、腳內(nèi)輸出三極管互補推挽輸出，因驅動電路主要取電壓信號，負載很小，TL494直接帶開關變壓器。開關變壓器初級為中間抽頭式，與TL494推挽輸出電路相配合。次級繞組經(jīng)

2、D1、D2整流、C1濾波在C1兩端形成15V電壓；變壓器B初級、次級隔離，輸出電壓與輸入電壓無電氣聯(lián)系，次級繞組中心抽頭和電容C1負端接在+36V，那么在a點對地電位為36V+15V=51V，形成無刷電動機三相橋式上臂驅動所需電壓源。三相驅動電路由V1、V2、V3、R3R5、R2R12等構成。當無驅動信號時，R3、R4使V1飽和；R7、R8使V2飽和；R11、R12使V3飽和，三相輸出AOUT、BOUT、COUT低電平，三相橋式上臂場效應晶體管截止。當無刷控制芯片A相輸出驅動信號（低電平）使V1截止，通過R5，模塊A相輸出AOUT為51V，使A相橋式上臂場效應晶體管飽和導通。當無刷控制芯片B相

3、（或C相）輸出驅動信號（低電平）時，使V2（或V3）截止，通過R9（或R10），模塊B相（或C相）輸出（BOUT、COUT）輸出51V，使B相（或C相）橋式上臂場效應晶體管飽和導通。通過以上分析，經(jīng)驅動升壓模塊，完成三相上臂場效應晶體管驅動功能，控制三相上臂場效應晶體管導通和截止。無刷驅動升壓電路與驅動電路制成一小塊線路板，進行密封成模塊完成上臂驅動功能，提高電路可靠性，使電路設計簡潔方便。第六節(jié) 數(shù)字電路構成的無刷電動機控制器本節(jié)介紹北京產(chǎn)新日牌無刷電動機控制器，是一個由數(shù)字電路構成的電動自行車無刷電動機控制器，通過這款控制器，我們可以了解無刷電動機控制器基本邏輯原理及電路構成形式。本控制器

4、由CD40106六施密特觸發(fā)器作放大、整形、反相電路；由CD4073 三一3與門電路構成三相橋式下臂驅動信號形成電路；由CD4025三3或非門電路構成三相橋式上臂驅動信號形成電路；由NE555時基電路構成鋸齒波形成電路，鋸齒波信號在LM339四電壓比較器中與調(diào)速信號相比較，形成PWM脈寬調(diào)制信號與PWM脈寬調(diào)制反相信號，同時送到上、下臂驅動信號形成電路，三塊IRI2101組成三相橋式驅動電路，T1T6六只場效應晶體管組成三相逆變輸出電路。一、位置信號放大處理電路CD40106六施密特觸發(fā)器組成三相位置信號放大整形電路，從電動機內(nèi)部輸出的三相位置信號U、V、W分別送到U11、U16、U13對三相

5、信號放大、整形，一路輸出到U2、U3三相驅動信號形成電路；一路分別送到U14、U12、U15三個門電路進行反相，形成U、V、W三相位置信號的反相信號作為U2、U3三相驅動信號形成電路所需第二路信號。二、三相驅動邏輯信號形成電路一） 、相邏輯信號形成電路由位置信號放大、整形電路U1輸出的三相位置信號及其反相信號分別送到U2、U3進行處理。（一）、U相邏輯信號形成A、 U相下臂邏輯信號形成電路：從U11輸出的（U相位置傳感器信號U經(jīng)U11反相）送到U22的腳；從U14輸出的W（W相位置傳感器產(chǎn)生的信號W經(jīng)U13及U14兩次反相）送到U22的腳；從U4（LM339）的U41輸出PMW信號送到U22的

6、腳； U22是三3與門電路，其邏輯函數(shù)表達式為Y=A·B·C，根據(jù)以上輸入信號U相下臂驅動邏輯信號由下式表示：U下=·W·PWMB、 U相上臂邏輯信號形成電路。從U11輸出的（U相位置傳感器信號U經(jīng)U11反相）送到U31的腳；從U14輸出的W（W相位置傳感器產(chǎn)生的信號W經(jīng)U13及U14兩次反相）送到U22的腳；從U43輸出的脈寬調(diào)制信號的反相信號PWM送到U31的腳；U31是三3或非門電路,其邏輯函數(shù)表達式為Y=A+B+C，根據(jù)以上輸入信號 U相上臂信號邏輯表達式為U上=+W+PWM。（二） V相邏輯信號形成電路A、 V相下臂邏輯信號形成電路從U12輸出

7、的/V信號加到U21的腳；從U16輸出U信號加到U21的腳；從U41輸出的PWM信號加到U21的腳。因U21是三3與門電路，其邏輯函數(shù)表達式為Y=A·B·C，根據(jù)以上輸入信號V相下臂驅動邏輯信號由下式表示：V下=/V×U×PWMB、v相上臂邏輯信號形成電路U12輸出的/V 信號加到U32的腳；U16輸出的U信號加到U32的腳；從U43輸出的PWM信號加到U32的腳。與U相類似V相上臂邏輯信號表達式為V上=/V+W+PWM（三）、W相邏輯信號形成電路因U23是三3與門電路，其邏輯函數(shù)表達式為Y=A·B·C，根據(jù)輸入信號H和U23、U33

8、W相驅動邏輯信號由下式表示：W下=/W·V·PWMW上=/W+V+/PWM (二)三相邏輯信號工作原理A、設某時電動機位置傳感器U相輸出低電平，V、W輸出高電平即：U=0 V=W=1，則三相橋式上、下臂信號邏輯表達為上述公式，計算結果為： U下=PWM， V下=0， W下，U上=0， V上= PWM， W下= 0。通過以上邏輯計算，此時為U相下管和V相上管受PWM信號控制導通。B、下一步轉子轉過一個60°電角度，此時位置傳感器U、V相輸出低電平，W為高電平，即：U=V=0，W=1，則三相橋式上、下臂信號經(jīng)邏輯運算結果為：U下=PWM。V下=0， W下，U上=0，

9、V上=0， W下=PWM。通過以上邏輯計算，此時U相下管和W相上管受PWM信號控制導通。C、下一步轉子再轉過一個60°電角度，此時位置傳感器V相輸出低電平，U、W相為高電平：V=0，W=U=1，那么三相信號邏輯為：U下=0， V下=PWM， W下=0，U上=0， V上=0， W上=PWM，通過以上邏輯計算，此時V相下管和W相上管受PWM信號控制導通。D、下一步轉子轉過一個60°電角度，此時位置傳感器W、V相輸出低電平，U相為高電平，即：W =V=0，U =1，則三相橋式上、下臂信號經(jīng)邏輯運算結果為：U下=0， V下=PWM， W下=0，U上=PWM，V上=0， W上=0。通

10、過以上邏輯計算，此時U相上管和V相下管受PWM信號控制導通。E、下一步轉子又轉過一個60°電角度，此時位置傳感器W相輸出低電平，U、V相為高電平，即：W=0，U=V=1，則三相橋式上、下臂信號經(jīng)邏輯運算結果為：U下=0， V下=0， W下=PWM，U上=PWM，V上=0， W上=0。通過以上邏輯計算，此時U相上管、W相下管導通。F、下一步轉子轉過一個60°電角度，此時位置傳感器U、W相輸出低電平，V相為高電平，即：W=U=0，V=1，則三相橋式上、下臂信號經(jīng)邏輯運算結果為：U下=0， V下=0， W下=PWM，U上=0， V上=PWM， W上=0通過以上邏輯計算，此時位置進

11、V相上管、W相下管導通。G、再轉一個電能角度，轉子轉了360°電角度，電動機位置傳感器U相輸出低電平，V、W輸出高電平，又重復上述AF的過程，循環(huán)往復，電動機旋轉下去。三、驅動電路：北京產(chǎn)新日驅動電路由三塊集成電路IR2101作三相驅動電路。U、V、W三相橋式下臂邏輯驅動信號從U2的、輸出，三相橋式上臂邏輯驅動信號從U3的、輸出，U相上臂邏輯信號送到U9的腳，下臂邏輯信號送到U9的腳；V相上臂邏輯信號送到U8的腳，下臂邏輯信號送到U8的腳；W相上臂邏輯信號送到U7的腳，下臂邏輯信號送到U7的腳。IR2101的腳輸出下臂驅動信號，腳輸出上臂驅動信號。U相驅動電路U9腳輸出驅動信號到上臂

12、場效應晶體管T1；驅動電路U9的腳 輸出下臂驅動信號到場效應晶體管T2。V相驅動電路U8腳腳輸出驅動信號到上臂場效應晶體管T3；驅動電路U8的腳輸出下臂驅動信號到場效應晶體管T4。W相驅動電路U7腳腳輸出驅動信號到上臂場效應晶體管T5；驅動電路U7的腳輸出驅動下臂驅動信號到場效應晶體管T6。四、鋸齒波形成電路U6為NE555時基電路，與外圍電阻R17、R18、電容C6、NE555構成鋸齒波振蕩器，在C6上形成鋸齒波，鋸齒波信號經(jīng)D4、D5輸出到U4腳。五、脈寬調(diào)制電路從調(diào)速手柄輸出的調(diào)速信號，送到U41（LM339）的比較器一端腳，鋸齒波送到U41比較器另一端腳，經(jīng)比較器輸出PWM脈寬調(diào)制信號

13、經(jīng)腳輸出四路：一、二、三路分別加到U2的、腳，為三相橋式下臂脈寬調(diào)制信號；第四路送到U4的腳，經(jīng)U43反相后從腳輸出PWM反相信號/PWM送到U3的、腳，為三相橋式上臂脈寬調(diào)制信號。六、過流保護電路電動機電流通過取樣電阻RS轉換成電壓信號，送到U5的腳；參考電壓經(jīng)R13、W2、R14分壓取得，W2調(diào)節(jié)過電流動作值，經(jīng)LM358放大后從腳輸出，D7為隔離二極管。當電動機電流小于過流值時，VRS小于參考電壓，LM358的腳輸出高電平，D7截止，不影響PWM脈寬調(diào)制信號，當電動機電流大于過流值時，VRS大于參考電壓，LM358的腳輸出低電平，D7導通，使PWM信號始終箝位于低電平，經(jīng)U2與門邏輯運算

14、，輸出三相橋式邏輯電平為低電平，通過U43反相為高電平，經(jīng)U3或非門邏輯運算輸出三相橋式邏輯低電平，此時加到IR2101三相橋式驅動電路的邏輯信號均為低電平，三塊IR2101的腳、腳均輸出低電平，T1T6截止，電動機停止供電，實現(xiàn)過流保護功能。七、欠壓保護電路由R16、W1及U42構成欠壓保護電路，U4（LM339）輸出端腳與腳接成線與形式。當蓄電池電壓高于欠壓值時，送到4（LM339）的腳內(nèi)三極管截止，不影響PWM脈寬調(diào)制電路；當電池電壓低于欠壓值時，送到4（LM339）的腳取樣電壓低于腳參考電壓，LM339的腳內(nèi)三極管導通，使LM339的腳、腳始終為低電平，后續(xù)動作與過流保護動作相同。八、

15、內(nèi)部電源電路由7815、78L05、R17、R18等構成，R17限流、7812穩(wěn)壓輸出12V電源；12V電源經(jīng)R18限流、78L05輸出5V電壓。以上電路是電動自行車無刷電動機控制器基本電路，采用數(shù)字電路實現(xiàn)無刷電動機控制所需各種邏輯運算，產(chǎn)生三相邏輯驅動信號，通過六只功率場效應晶體管完成無刷電動機電子換向功能，是各種無刷電動機控制器的基本型式，通過以上分析，了解了無刷電動機控制器工作原理，是無刷電動機控制器基礎。 第六節(jié) DCDC直流變換電路一、無刷電動機控制器的三相橋式場效應晶體管輸出電路中，其上管導通時必須有高于電源電壓的驅動電壓，此電壓可采用DCDC電壓變換電路完成。它是利用NE555

16、時基電路把直流電轉換成矩形脈沖，在經(jīng)二極管整流、電容濾波形成一個高于電源電壓，作驅動電壓電源。DCDC升壓電路由NE555時基電路及外圍件構成，電路如圖561。36V電源加到NE555的腳、腳，7806加到腳為參考地，是本電路虛地，Z3穩(wěn)壓二極管使腳、腳間電壓穩(wěn)定。由R39、R40、C18、NE555構成振蕩器，將直流電逆變成矩形波從腳輸出，通過C21耦合輸出，D15、D16倍壓整流、C20濾波，在C20兩端形成15V電壓，而D16正極接36V，D15、C20輸出基于36V電源的15V電源，作三相橋式上三路場效應晶體管驅動電路電源。二、DCDC直流電壓變換器我們知道電動自行車蓄電池充滿電時電壓

17、超過40伏（額定電壓36V蓄電池），而放電到欠電壓保護電壓時為31.5伏，電源電壓變化大，對電動自行車一些部件使用壽命有很大影響。在一些電動自行車中采用DCDC直流電壓變換器，把變動的直流電源電壓變?yōu)榉€(wěn)定電壓，提高整車電路穩(wěn)定性。 DCDC4812直流電壓變換器特性。電路參數(shù)：輸入電壓DC30V60V輸出電壓DC12V輸出電流10A電路構成：這是和由脈寬調(diào)制開關電源集成電路，UC3845及STP75NF75場效應晶體管集構成輸入電源經(jīng)D1R1降壓后加到UC3845的腳第七節(jié) 山東華亞牌無刷電動機控制器山東華亞牌無刷電動機控制器由無刷專用控制芯片MC33035、驅動芯片IR2130及四運放LM3

18、24構成，具有過流、欠壓、電量指示輸出、剎車斷電多種保護功能，是一款功能齊全的無刷電動機控制器。控制器主要包括轉把調(diào)速信號放大及左右閘把剎車斷電合成功能，電量指示處理及欠壓保護功能，專用無刷控制芯片電路，三相專用驅動芯片電路，三相功率場應管輸出電路等。一、轉把信號放大電路由R9、R10、R11、R12、R34、R36、V1等構成?；舳D把輸出信號經(jīng)R9加到V1基極，反相放大后，從集電極輸出。通過R36送到IC1，R11是集電極負載電阻，R12是發(fā)射極反饋電阻。二、剎車斷電功能由D3、D4、R14、R15、R13、R35、C13、V2等構成。左右閘把信號通過兩根紫線加到D3、D4正極。正常時左右

19、閘把是常閉開關接地，D3、D4截止V2截止，IC1腳不受閘把影響；當左右閘把有剎閘動作時R14、D3（或R15、D4），R13加到V2基極，V2飽合導通使IC1腳為低電平，控制芯片MC33035三相上下路勵磁信號均無輸出，起到剎車斷電作用。三、無刷控制芯片無刷電動機控制器核心采用專用控制芯片MC33035，由其完成位置信號處理、PWM脈寬調(diào)制、鋸齒波振蕩器、過流保護、三相勵磁信號產(chǎn)生矩陣等。MC33035根據(jù)位置傳感器霍爾元件產(chǎn)生的轉子位置信號，在集成電路內(nèi)邏輯電路中產(chǎn)生三相勵磁信號，此信號經(jīng)功率場效應晶體管輸出電路驅動電動輪轂。下面介紹控制器芯片及外圍電路。A相位置信號通過D17送到IC1、

20、B相位置信號通過D16送到IC1、C三相位置信號通過D15送到IC1腳。腳是停止引腳，作剎車斷電、保護動作引腳。腳是過流保護引腳。腳是鋸齒波振蕩引腳，外接R19、C1是定時電阻、電容，電阻、電容大小決定振蕩器工作頻率。腳是A相上管驅動輸出引腳、腳是B相上管驅動輸出引腳、是C相上管驅動輸出引腳，是A相下管驅動輸出引腳，是B相下管驅動輸出引腳，腳是C相下管驅動輸出引腳。四、電量指示及欠壓保護電路電量指示及欠壓保護電路由IC5（LM324）四運放等構成，36V經(jīng)電阻R3(20K)分壓取樣后形成取樣電壓加到腳、腳、腳、腳四運放同相端作取樣信號，15V經(jīng)R17、R18、R4、R5、R6分壓加到四運放反相

21、端形成四運放各級參考電壓，取樣電壓相同而參考電壓不同，參考電壓從高到低為腳、腳、腳、腳電壓，電壓從高到低指示輸出為：腳R1輸出最高，腳R8輸出次之，腳R7輸出最低電量，腳輸出欠壓保護信號。當電量指示燈滅，電池電壓低于欠壓值時，腳電壓低于腳電壓腳，腳輸出欠壓保護信號是低電平，它通過R1、D1使MC33035的腳電壓為低電壓，MC33035停止電路動作,、無勵磁輸出，起到欠壓保護作用。五、過流保護電路場效應晶體管輸出電路的電流經(jīng)RS取樣變成電壓信號，經(jīng)R21、C19、C10加到IC1腳。正常工作時，電動機電流小于過流值，加到IC1腳取樣電壓低，不影響IC1輸出勵磁信號；當電動機電流超過過流值時，送

22、到腳過流信號電壓高，通過IC1內(nèi)部電路處理，IC1無勵磁信號，電動機斷電，起到過流保護作用。六、驅動電路驅動電路由三塊IR2103集成電路及其外圍元件構成三相驅動電路，IC1（MC33035）的腳輸出A相上管勵磁信號，通過R39加到IC2的腳，IC2的腳輸出A相下管勵磁信號，通過R33加到IC2的腳。D13、C13是隔離二極管、升壓電容，與IC2內(nèi)部電路共同構成電荷泵，實現(xiàn)自舉升壓，達到上管驅動所需電平。IC2的腳輸出A相下管驅動信號，通過R29、D12加到場效應輸出管Q5柵極。IC2的腳輸出信號驅動通過R3、D12加到A相上管Q6柵極。B相驅動電路與A相同，IC1腳、腳分別輸出B相上、下管勵

23、磁信號，通過R38、R32加到IC3的腳、腳，D10、C14是IC3自舉升壓電路，腳輸出信號通過R26、D9驅動B相下管Q3柵極，腳輸出信號通過R28、D11驅動B相上管Q4柵極。C相驅動電路：IC1的、分別輸出C相上、下管勵磁信號，經(jīng)R3、R20加到IC4的腳、腳。D7、C2是IC4自舉升壓電路，腳輸出勵磁信號通過R23、D16驅動C相下管Q1柵極；腳輸出勵磁信號通過R25、D8驅動C相上管Q2柵極。七、輸出電路第八節(jié) 石家莊天同牌無刷控制器石家莊天同牌無刷電動機控制器由專用控制集成電路芯片及驅動集成電路芯片構成，具有功能可靠，結構緊湊等優(yōu)點。專用控制集成電路芯片為美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC

24、33035，驅動集成電路是美國國家半導體公司生產(chǎn)的IR2113，由LM324四運放構成電源電壓指示及欠壓保護電路。一、MC33035為24腳雙列直插式塑料封裝集成電路，其內(nèi)部包括：1、振蕩器；2、PWM脈寬調(diào)制電路；3、位置傳感器信號輸入電路；4、三相橋式上管驅動電路；5、三相橋式下管驅動電路；6、基準電壓電路；7、過流保護電路。1、鋸齒波振蕩器由集成電路內(nèi)部電路及腳所接電阻R16、C6組成，C6是鋸齒波形成電容，R16為C6充電阻，接于基準電壓，使振蕩電路工作穩(wěn)定。R16、C6大小決定鋸齒波頻率。2、脈寬調(diào)制電路調(diào)速信號由V1放大、經(jīng)腳進入集成電路內(nèi)部放大后送到比較器一端；腳產(chǎn)生的鋸齒波信號

25、送到比較器另一端；通過比較器產(chǎn)生PWM脈沖信號，送到三相橋式下管驅動信號產(chǎn)生電路。3、位置信號輸入電路電動機內(nèi)部位置傳感器（霍爾元件）輸出的三相位置信號分別由、腳進入位置信號處理電路，產(chǎn)生三相邏輯信號送到三相上管驅動信號產(chǎn)生電路和下管驅動電路。4、上管驅動信號產(chǎn)生電路位置邏輯信號和保護信號相與后，分別由腳輸出A相上管驅動信號、 腳輸出B相上管驅動信號、腳輸出C相上管驅動信號，經(jīng)V2、V3、V4反相后加到驅動集成電路芯片IR2113的腳。5、下管驅動信號產(chǎn)生電路位置邏輯信號、保護信號、PWM脈寬調(diào)制信號相與后，產(chǎn)生包含PWM脈寬調(diào)制的下管輸出邏輯驅動信號分別經(jīng)IC3的腳輸出到A相驅動集成電路、腳輸出到B相驅動集成電路、腳輸出到C相驅動集成電路。6、基準電源15V電源由腳加到內(nèi)部基準電源電路，產(chǎn)生高穩(wěn)定度基準電壓從MC33035的腳輸出，作鋸齒波振蕩器、轉把霍爾元件等工作電源。7、過流保護電路從取樣電阻RS獲得電流信號經(jīng)R27送到MC33035的腳。當電流小于過流值時內(nèi)部保護電路不動作，MC33035的、正常輸出驅動信號；當電動機電流超過限流值時，過