电动自行车控制器的命名、特点与工作原理

jiangyuping

第一节 控制器的结构
一、控制器的命名、特点与工作原理
控制器的主要功能是控制电机旋转速度，并能对整车的电气系统进行有效的保护。驱动不同形式、不同参数的电机，要选择不同参数的控制器。国标对电动车用控制器的命名标准如下：  电动自行车用各种型号的控制器特点如下表：
控制器名称代表型号电路
结构功率
管数价
格骑行模式功能描述
普通有刷zk3610a简单1-2低单一“电动”骑行功能欠压、限流/过流
智能有刷zkc3610e简单1-2中“助力”、“电
动”、“定速”欠压、限流/过流、
故障自检/显示
普通无刷wzk3610a复杂6高单一“电动”骑行功能欠压、限流/过流
智能无刷wzkc3610e复杂6高“助力”、“电
动”、“定速”欠压、限流、电机堵转保护、
缺相保护、故障自检/显示 各种控制器的特点不一样，其内部的工作原理也不一样，下面我们分别介绍各种控制器的电路结构与典型的电路图。
二、通用模块电路结构与通用参数
1.典型有刷控制器的模块电路与电路图
一般普通有刷控制器的原理框图如下：

内部稳压电源提供控制器内部电子元件的工作电压。
pwm发生芯片可以根据转把的输入电压输出相应脉冲宽度的方波给mos管驱动电路。
mos管驱动电路将pwm信号整形提供给mos。
mos管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受pwm信号的控制。
欠压保护电路是当电池电压降低到控制器设定值以下时，pwm芯片停止了pwm信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。
限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。
普通有刷控制器的代表型号是zk3610a，其典型电路图如下：
对普通有刷控制器来讲，一般有以下通用参数：
标称项目使用参考
额定电压匹配使用的电池额定电压
额定电流允许长时间放电的最大电流
欠压保护电池电压在保护数值以上允许给电机供电
限流／过流保护允许短时间放电的最大电流
使用温度控制器内部元器件能正常工作的温度范围
转把信号可以正常调速的转把信号电压数值
刹车信号刹车时，闸把信号的高低电位
根据电动车实际使用的环境（如温度等）和匹配的部件（如电池电压、转把、闸把、电机功率等），选择参数合适的控制器
2.典型无刷控制器的模块电路与电路图
一般普通无刷控制器的原理框图如下：

内部稳压电源提供控制器内部电子元件的工作电压。
主处理芯片根据无刷电机的霍耳信号对上三路和下三路的mos管驱动电路给出有选择性的打开与关闭信号，以完成对电机的换向。同时，根据转把的输入电压大小将相应脉冲宽度的载波信号与下三路mos管导通信号混合，以达到控制电机速度的目的。
mos管驱动电路将pwm信号整形放大，提供给mos。另外，对于上三路的三个mos管来说，它们的驱动电平要求高于电池供电电压，因此mos驱动电路还要具有升压功能，将上三路的mos管导通信号变成高于电池电压的超高方波信号。
mos管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受导通信号与pwm信号合成的混合信号控制。
欠压保护电路是当电池电压降低到控制器设定值以下时，pwm芯片停止了pwm信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。
限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。 普通无刷控制器的代表型号是wzk3610a，其典型电路图如下：（无刷控制器wzk3610a 拷贝）
对普通无刷控制器来讲，一般有以下通用参数：
标称项目使用参考
额定电压匹配使用的电池额定电压
额定电流允许长时间放电的最大电流
欠压保护电池电压在保护数值以上允许给电机供电
限流／过流保护允许短时间放电的最大电流
使用温度控制器内部元器件能正常工作的温度范围
转把信号可以正常调速的转把信号电压数值
刹车信号刹车时，闸把信号的高低电位
电机相位允许匹配60度/120度相角的无刷电机
其参数的使用可以参考有刷控制器参数的使用说明，需要强调的是无刷控制器相位必须和无刷电机相位一致，电机才能转动。
三、电动车控制器的输入信号特征
从上面有刷和无刷控制器的电路图可以看出，控制器的负载是有刷电机和无刷电机，输入控制信号都是转把与闸把。转把与闸把的形式不一样，它们的信号特征也不一样，控制器能接受什么样的转把信号与闸把信号，就要选择什么信号的转把与闸把。下面讲一下有关转把与闸把的信号特征。
1．转把的形式、信号特征及其信号改制
电动车的转把有3根引线：分别是电源（+5v），地线，转把信号线（线形连续变化信号）。（图41）
电动车上使用的转把有光电转把和霍耳转把两种，目前采用霍耳转把的电动车占绝大多数。霍耳转把的内部电路如图：
常见线性霍尔元件型号有
3501350335083515351635173518
霍耳转把输出电压的大小，取决于霍耳元件周围的磁场强度。转动转把，改变了霍耳元件周围的磁场强度，也就改变了霍耳转把的输出电压。
在电动车上使用的霍耳转把的信号有以下几种：
输出电压正把/5v供电反把／5v供电
单霍耳转把1.1-4.2(最多)4.2-1.1(少量)
单霍耳转把2.6-3.7(极少)3.7-2.6
单霍耳转把1-2.52.5-1
单霍耳转把2.5-44-2.5
双霍耳转把0-55-0
光电转把0-5(少量)5-0
其中最常用的是以下两种信号的转把：1-4.2v（俗称正把），4.2-1v（俗称反把）。两种信号的转把中，是1.0v～4.2v的转把占绝大多数。其它输出电压的转把，目前市场中存在很少，已成为事实中的非标产品，这种非标的转把在早期的电动车上使用比较多。因此目前市场上通用的控制器绝大多数是识别1-4.2v转把信号的产品。当电动车的转把或控制器需要维修更换时，一旦遇到转把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对转把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。
转把输出信号改制：将转把拆开，改变转把里面磁钢工作面的极性，就可以改变转把输出的电位。如果转把内有两个磁钢，分别将两个磁钢都转180°，再装好；如果转把内只有1个磁钢，将磁钢取出，反转180°后，装好转把，这样就改变了转把里面霍耳元件工作磁场的起始位置，从而实现了转把输出信号的改制。
2．闸把的形式与刹车信号及其信号改制
转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，闸把信号是电机停止转动的制动信号。电动车标准要求电动车在刹车制动时，控制器应能自动切断对电机的供电。因此电动车闸把上应该有闸把位置传感元件，在有捏刹车把动作时，将刹车信号传给控制器，控制器接受到刹车信号后，立即停止对电机的供电。
电动车闸把的位置传感元件有机械式微动开关（分机械常开和机械常闭两种）和开关型霍耳感应元件（分刹车低电位和刹车高电位两种）两种。
常见单极性开关霍尔元件型号的型号有：312231233141314331443161324033613362
其典型内部电路如下：

一般机械常开的刹车信号是常高电位，当刹车时，闸把内部的微动开关闭合，其信号变成低电位。
一般机械常闭的刹车信号是常低电位，当刹车时，闸把内部的微动开关打开，其信号变成高电位。
一般电子低电位闸把的刹车信号是常高电位，当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成低电位。
一般电子高电位闸把的刹车信号是常低电位，当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成高电位。
刹车信号高低电位的变化，是控制器识别电动车是否处于刹车状态，从而判断控制器是否给电机供电。当电动车的闸把或控制器需要维修更换时，会遇到闸把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对闸把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。因此在维修实践中，不论闸把的形式如何，也不论控制器识别何种刹车信号，应做到能对各种形式的刹车信号进行适当改进，以匹配成控制器能识别的信号。
以下是识别低电位刹车信号（高电位不是刹车状态）的控制器使用各种闸把的外部接线图。（机械常闭闸把改进用于低电位刹车电路）、（电子高电位刹车电路改进用于低电位刹车控制器） 大图框表示控制器，虚线图框表示闸把内部电路，其他线路或电子元器件是实现信号改制需要增加的部分。
以下是识别高电位刹车信号（低电位不是刹车状态）的控制器使用各种闸把的外部接线图。（机械常开闸把改进用于高电位刹车电路）、（电子低电位刹车电路改进用于高电位刹车控制器） 大图框表示控制器，虚线图框表示闸把内部电路，其他线路或电子元器件是实现信号改制需要增加的部分。
第二节  控制器的正确安装
在安装控制器的时候，一定注意要将与控制器相连接的接插件，垂直地面方向摆放，这样可以防止接插件积水。将控制器的引线用尼龙扎带固定在车体上，防止引线与车体发生摩擦而损坏引线。尽量将控制器安装位置抬高远离地面，另外控制器外壳的开口面朝下，这样可以防止控制器进水。