電動(dòng)自行車用電機(jī)控制器原理與維修

車用電機(jī)控制器近年來(lái)的發(fā)展速度之快，使人難以想象，操作上越來(lái)越“傻瓜”化，而顯示則越來(lái)越復(fù)雜化。比如，車速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”；驅(qū)動(dòng)方面，有的同時(shí)具有電動(dòng)性能和助力功能，如果轉(zhuǎn)換到助力狀態(tài)，借助鏈條張力測(cè)力器，或中軸扭力傳感器，只要用腳踏動(dòng)腳蹬，便可執(zhí)行助力或確定助力的大小。這期本刊開(kāi)始給您講述控制器的知識(shí)，讓您對(duì)控制器有一個(gè)更全面的了解。

一、控制器與保護(hù)功能

（一）控制器簡(jiǎn)介

簡(jiǎn)略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機(jī)）組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開(kāi)關(guān)電路，以及輔助單片機(jī)或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^(guò)程的器件；單片機(jī)也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號(hào)語(yǔ)言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開(kāi)關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過(guò)方波控制功率管的的導(dǎo)通時(shí)間以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)片。這就是電動(dòng)自行車的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品。

控制器的設(shè)計(jì)品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開(kāi)關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車上，配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時(shí)也會(huì)在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。

（二）控制器的型式

目前，電動(dòng)自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。

有刷和無(wú)刷直流電機(jī)大都采用脈寬調(diào)制的pWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動(dòng)電路、集成電路、開(kāi)關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同?？刂破鲝慕Y(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。

1、分離式所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離（圖4-22、圖4-23）。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動(dòng)箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)間連線距離縮短，車體外觀顯得簡(jiǎn)潔。

2、一體式控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個(gè)精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開(kāi)有數(shù)量不等的小孔，孔徑4~5mm，外敷透明防水膜。孔內(nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。

（三）控制器的保護(hù)功能

保護(hù)功能是對(duì)控制器中換相功率管、電源免過(guò)放電，以及電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時(shí)，電路根據(jù)反饋信號(hào)采取的保護(hù)措施。電動(dòng)自行車基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能如下：

1、制動(dòng)斷電電動(dòng)自行車車把上兩個(gè)鉗形制動(dòng)手把均安裝有接點(diǎn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)被推押閉合或被斷開(kāi)，而改變了原來(lái)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這個(gè)變化形成信號(hào)傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。

2、欠壓保護(hù)這里指的是電源的電壓。當(dāng)放電最后階段，在負(fù)載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計(jì)劃自己的行程。當(dāng)電源電壓已經(jīng)達(dá)到放終時(shí)，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護(hù)電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護(hù)電子器件和電源。

3、過(guò)流保護(hù)電流超限對(duì)電機(jī)和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對(duì)應(yīng)當(dāng)避免的。控制電路中，必須具備這種過(guò)電流的保護(hù)功能，在過(guò)流時(shí)經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)即切斷電流。

4、過(guò)載保護(hù)過(guò)載保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動(dòng)自行車說(shuō)明書上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點(diǎn)，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒(méi)有這種保護(hù)功能，不一定在哪個(gè)環(huán)節(jié)上引起損傷，但首當(dāng)其沖的就是開(kāi)關(guān)功率管，只要無(wú)刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即變得無(wú)力，騎行者立即可以感覺(jué)到脈動(dòng)異常；若繼續(xù)騎行，接著就燒毀第2個(gè)、第3個(gè)功率管。有兩相功率管不工作，電動(dòng)機(jī)即停止運(yùn)行，有刷電機(jī)則失去控制功能。因此，由過(guò)載引起的過(guò)電流是很危險(xiǎn)的。但只要有過(guò)電流保護(hù)，載重超限后電路自動(dòng)切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。

5、欠速保護(hù)仍然屬于過(guò)流保護(hù)范疇，是為不具備0速起步功能的無(wú)刷控制系統(tǒng)而設(shè)置，

6、限速保護(hù)是助力型電動(dòng)自行車獨(dú)有的設(shè)計(jì)控制程序。車速超過(guò)某一預(yù)定值時(shí)，電路停止供電不予助力。對(duì)電動(dòng)型電動(dòng)自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動(dòng)自行車只能在不超過(guò)這個(gè)速度狀態(tài)下運(yùn)行。

控制器的位置不會(huì)影響到性能，主要視設(shè)計(jì)者的意圖。

但有幾項(xiàng)原則：

（1）在運(yùn)行操作允許時(shí)；

（2）在整體布置允許時(shí)；

（3）在線路布設(shè)要求時(shí)；

（4）在配套設(shè)施要求時(shí)。