基于MC33035芯片的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、基于MC33035的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著社會(huì)的發(fā)展和人民的生活水平提高，人們對(duì)交通工具的需求也在不斷發(fā)展和提高。電動(dòng)自行車作為一種“綠色產(chǎn)品”已經(jīng)在全國(guó)各省市悄然興起，進(jìn)入千家萬(wàn)戶，成為人們，特別是中老年人和女士們理想的交通工具，受到廣大使用者的喜愛(ài)。MC33035勺典型控制功能包括PWMF環(huán)速度控制、使能控制起動(dòng)或停止,、正反轉(zhuǎn)控制和能耗制動(dòng)控制。此芯片具有過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)、欠流保護(hù)、又因此芯片低成本、高智能化、從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要。設(shè)計(jì)的直流無(wú)刷電機(jī)控制器是采用MC33035芯片控制的,以本次設(shè)計(jì)結(jié)果表明,MC33035的典型控

2、制功能帶有可選時(shí)間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及部熱關(guān)斷等特性。電動(dòng)自行車作為一種新型交通工具已經(jīng)在社會(huì)上引起很大的影響并受到廣大使用者的喜愛(ài)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車，無(wú)刷直流電機(jī)，MC33035位置傳感器THEBRUSHLESSDCMOTORDRIVESYSTEMDESIGNBASEDONMC33035CHIPABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftechnology,newenergytechnologiesinrecentyearshavebeenwidelyused.Forexample,thesmallsize,lightweight,higheffici

3、ency,lownoise,largecapacityandhighreliabilityfeaturessuchaspermanentmagnetbrushlessDCmotor-drivenbike.MC33035TypicalcontrolfunctionsincludeopenloopPWMspeedcontrolsothatitcancontrol,reversingcontrolandbrakingcontrol.Thischipisovercurrentprotection,undervoltageprotection,undercurrentprotection,andther

4、eforechipcost,highintelligence,whichsimplifiesthesystemstructure,lowersystemcosts,increasesystemperformancetomeettheneedsofmoreapplications.ThedesignofthebrushlessDCmotorcontrolleriscontrolledbyMC33035chiptothisdesignresultsshowthat,MC33035typicaltimedelaycontrolwithanoptionallatch-by-weekshutdownmo

5、decurrentlimitingcharacteristics,andinternalthermalshutdowncharacteristics.Electricbicyclesasamodeoftransportationhascausedagreatimpactonsocietyandlovedbythemajorityofusers.KEYWORDetectric-bicycle,brushlessDCmotor,MC33035,positionsensors刖百1 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第1章電

6、動(dòng)自行車簡(jiǎn)介2電動(dòng)自行車的發(fā)展2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 電動(dòng)自行車的發(fā)展前景2電動(dòng)自行車的未來(lái)2電動(dòng)自行車的結(jié)構(gòu)3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 電動(dòng)自行車的動(dòng)力分析5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第2章電動(dòng)自行車無(wú)刷電機(jī)原理分析7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Docum

7、ent 無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的基本結(jié)構(gòu)與工作原理7無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理8無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理11 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第3章電動(dòng)自行車控制器單元電路分析13電動(dòng)自行車控制器的功能13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 無(wú)刷電機(jī)控制器單元電路分析14無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速原理14速度調(diào)速器的結(jié)構(gòu)15速度把16限速電路19剎車電路20防飛車電路22巡航電路23第4章無(wú)刷直流電

8、機(jī)MC33035芯片及其工作原理25MC33035芯片介紹25MC33035芯片部功能27MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)及工作原理29MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)29MC33035芯片的工作原理31 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第5章基于MC33035芯片的電動(dòng)自行車控制器電路33 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 電動(dòng)自行車控制器的研究及發(fā)展33 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 基于MC33035芯片的無(wú)刷控

9、制器電路35 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 三相六步電機(jī)控制電路37有刷電機(jī)控制電路39結(jié)論42辭43參考文獻(xiàn)44外文資料翻譯45當(dāng)交通擁堵、空氣污染日益成為困擾現(xiàn)代都市的老大難問(wèn)題時(shí)，電動(dòng)自行車作為一種環(huán)保、便捷、健康的綠色交通工具應(yīng)運(yùn)而生。我們應(yīng)該以無(wú)污染、能耗小”為目標(biāo)研究更加適用于現(xiàn)代社會(huì)的高科技產(chǎn)品。自八十年代至今，電動(dòng)自行車行業(yè)由于其特殊性得到了飛速的發(fā)展，而且電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、電機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展，又為電動(dòng)自行車的開(kāi)發(fā)研制提供了良好的條件。新型特種自行車，因其無(wú)污染、低噪音、低能耗、占道少、方便快捷等特點(diǎn)而成為國(guó)際

10、上流行和大力推廣的綠色私人交通工具已經(jīng)風(fēng)靡全國(guó)。近年在一片爭(zhēng)議聲中，電動(dòng)車行業(yè)已迅猛發(fā)展、欣欣向榮，年增長(zhǎng)率高達(dá)15%-20%,這已是有目共睹的事實(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前中國(guó)電動(dòng)車行業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，大量中小投資創(chuàng)業(yè)者集聚，生產(chǎn)廠商已超過(guò)1200家，配件廠商超過(guò)2300家，從業(yè)人員達(dá)100萬(wàn)以上,年產(chǎn)銷量約為1250萬(wàn)輛,創(chuàng)造著每年200億元以上的直接經(jīng)濟(jì)效益和難以估量的間接經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)是舉世公認(rèn)的“自行車王國(guó),在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期，自行車仍將是老百姓出行最常用的交通工具。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種以磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)的自行車作為代步工具的普遍現(xiàn)象。第1章電動(dòng)自行車簡(jiǎn)介電動(dòng)自行車的發(fā)展電動(dòng)自行車的發(fā)展前景從

11、70年代起，我國(guó)電動(dòng)車輛的研究開(kāi)發(fā)便一直在進(jìn)行，在1993年，電動(dòng)車被確定為國(guó)家十大重點(diǎn)科技工程，并制定了電動(dòng)汽車的發(fā)展目標(biāo)。與汽車相比，靈活方便的中短途個(gè)人交通工具，如自行車、助動(dòng)車和摩托車等，在全球依然占據(jù)絕大多數(shù)。全世界每天在役的自行車約為10億輛，每年仍有1億輛新自行車進(jìn)入市場(chǎng)。從八十年代至今，電動(dòng)車的相關(guān)技術(shù)如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、電機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展為其開(kāi)發(fā)研制提供了良好的條件。以歐、美、日為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)、車輛公司在政府的支持下紛紛投巨資開(kāi)始研制，并成功推出了一批性能良好的概念車。預(yù)計(jì)未來(lái)3至4年，電動(dòng)自行車將成為歐洲自行車商下一階段推出的主要產(chǎn)品，僅歐洲市場(chǎng)每

12、年的銷量就可在300萬(wàn)至400萬(wàn)輛。歐盟委員會(huì)在歐洲10國(guó)贊助一項(xiàng)ETour計(jì)劃，推動(dòng)電動(dòng)車輛的發(fā)展，此計(jì)劃以電動(dòng)自行車為主。通過(guò)將1300輛電動(dòng)自行車發(fā)給大城市，以此刺激歐洲大城市環(huán)保交通工具的使用。在美國(guó)，三大汽車集團(tuán)公司通用GM、福特FORD、戴姆克萊斯勒CHRYSER成為美國(guó)開(kāi)發(fā)與推廣電動(dòng)車的主力成員。在日本，商品化的電動(dòng)自行車由日本雅馬哈公司率先于1994年推出，并隨著本田、三洋、松下等知名公司的參與，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大。電動(dòng)自行車的未來(lái)短短數(shù)年時(shí)間，在難以計(jì)數(shù)的膽大冒險(xiǎn)、嗅覺(jué)靈敏”的中小投資創(chuàng)業(yè)者的不懈努力下，誕生了一個(gè)新興行業(yè)一一中國(guó)電動(dòng)自行車行業(yè)！未來(lái)似乎是無(wú)限美好的，但是這無(wú)限

13、美好的背后，顯然不能只看到眼前短暫的經(jīng)濟(jì)效益，更要找到一條行業(yè)發(fā)展的最佳路徑，那么這條路徑到底在哪里呢？讓我們共同探討！產(chǎn)品技術(shù)將不斷創(chuàng)新：.無(wú)污染電動(dòng)自行車是以蓄電池發(fā)出的電能作為驅(qū)動(dòng)能源，以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有廢氣排放因此和摩托車、燃油助動(dòng)車相比，沒(méi)有污染。.低噪音、振動(dòng)?。弘妱?dòng)自行車是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音比較小，運(yùn)行比較平穩(wěn)。而摩托車、燃油助動(dòng)車是由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其汽缸產(chǎn)生的噪音比較大，由于受到體積限制，具發(fā)電機(jī)的缸數(shù)較少，運(yùn)行時(shí)不夠平穩(wěn)，振動(dòng)較大。.最高時(shí)速20公里，行駛安全：摩托車、燃油助動(dòng)車的速度快，在機(jī)動(dòng)車道上行駛，事故率較高而電動(dòng)自行車，國(guó)家強(qiáng)制

14、性規(guī)定國(guó)標(biāo)GB177611999其速度不能超過(guò)20km/h,并且電動(dòng)自行車一般不能在機(jī)動(dòng)車道上行駛，因此相比之下安全很多。.效率高：摩托車、燃油助動(dòng)車的效率一般只有30%左右，而電動(dòng)自行車的效率可以達(dá)到70%以上。.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，易維護(hù)、維修：電動(dòng)自行車一般是有蓄電池、控制板、電機(jī)和車身組成；蓄電池用的是免維護(hù)的，電機(jī)的故障率較低，基本上不要維護(hù)，控制板由于現(xiàn)代的電力電子技術(shù)比較成熟，損壞率也比較低，另外電動(dòng)自行車沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，無(wú)污染、體積小、重量輕，因此相比摩托車、燃油助動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其日常的維護(hù)、維修量少得多。電動(dòng)自行車作為耐用消費(fèi)品，技術(shù)是其產(chǎn)品的核心。雖然現(xiàn)在電動(dòng)自行車行業(yè)的廠家多如

15、牛毛，產(chǎn)品琳瑯滿目，但仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)真正有技術(shù)含量、有賣點(diǎn)的產(chǎn)品是少之又少。具有自主開(kāi)發(fā)能力，重視技術(shù)創(chuàng)新的電動(dòng)自行車企業(yè)更如鳳毛麟角。1.2電動(dòng)自行車的結(jié)構(gòu)電動(dòng)自行車由車體、電驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)、可充電電池、充電器和控制系統(tǒng)五大部分組成。不同種類的車，其電池置放位置、控制器形式等有所不同。、車體：由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電動(dòng)自行車的電驅(qū)動(dòng)方式大體上有三類：1摩擦傳動(dòng)式：由電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的靠輪直接加載于車輪胎，靠摩擦傳動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但是輪胎磨損大，雨季容易打滑。2中軸驅(qū)動(dòng)式：車架中軸處經(jīng)特殊設(shè)計(jì)安放電機(jī)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)中軸，再由中軸通過(guò)鏈條帶動(dòng)后輪。具優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)重心合理，并能利用自行車減速系

16、統(tǒng)換檔，但機(jī)械損耗較大。3電動(dòng)輪轂式：電機(jī)安裝在車輪的輪轂里，可裝在前輪或后輪，輪轂由輻條與車圈連接，直接帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。具優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、能耗低、效率比較高，但電機(jī)散熱和傳動(dòng)齒輪潤(rùn)滑較困難。目前國(guó)電動(dòng)自行車大多是這種方式。電機(jī)分為無(wú)刷電機(jī)和有刷電機(jī)兩類。無(wú)刷電機(jī)主要是低速大力矩電機(jī)，沒(méi)有傳動(dòng)齒輪，避免了機(jī)械磨損，運(yùn)行中幾乎沒(méi)有噪音，但無(wú)刷電機(jī)啟動(dòng)電流沖擊較大，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪轂有刷電機(jī)采用先進(jìn)技術(shù)，提高了電刷壽命，電機(jī)效率較高，控制系統(tǒng)電子線路簡(jiǎn)單。、可充電電池：用于電動(dòng)自行車的電池主要有三類，即小型密封式維護(hù)鉛酸蓄電池，鍥鎘電池和鍥氫電池。小型密封式免維護(hù)鉛酸電池使用成本低、容量大

17、，被國(guó)企業(yè)普遍采用。、充電器：充電器設(shè)計(jì)采用恒流、包壓、浮充三個(gè)階段自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式，對(duì)電池產(chǎn)生保護(hù)，有效地延長(zhǎng)電池壽命。、控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多項(xiàng)保護(hù)功能，如電量顯示、無(wú)級(jí)調(diào)速、軟啟動(dòng)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和剎車斷電等。保護(hù)電機(jī)和電池，可使電流有效地輸出，產(chǎn)生所需動(dòng)力，又不燒壞電機(jī)。目前國(guó)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)自行車，大多是以手動(dòng)調(diào)速把手來(lái)自行決定電力供給方式。電動(dòng)自行車還可說(shuō)成由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、行車部分、操縱制動(dòng)部分、電氣儀表部分組成。動(dòng)力部分電動(dòng)自行車的動(dòng)力部分通常由蓄電池和電機(jī)構(gòu)成，是電動(dòng)自行車的動(dòng)力來(lái)源。其性能的好壞，直接影響電動(dòng)自行車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。2傳動(dòng)部分電動(dòng)自行車傳動(dòng)部分的作用是將動(dòng)

18、力部分輸出的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)使電動(dòng)自行車行駛。通過(guò)變速器或調(diào)速器，使電動(dòng)自行車獲得行駛所需要的驅(qū)動(dòng)力和速度，并保證電動(dòng)自行車的平穩(wěn)起步和停車。它由變速器、后傳動(dòng)裝置組成。3行車部分行車部分的作用是使電動(dòng)自行車構(gòu)成一個(gè)整體，支撐全車的總重量，將傳動(dòng)部分傳遞的扭矩轉(zhuǎn)換成驅(qū)使電動(dòng)自行車行駛的牽引力，同時(shí)承受吸收和傳遞路面作用于車輪上的各種反力，確保電動(dòng)自行車正常、安全行駛。它主要由車架、前減震器、前后輪、坐墊等組成。4操縱制動(dòng)部分操縱制動(dòng)部分的作用是直接控制行車方向、行駛速度、制動(dòng)等，以確保電動(dòng)自行車行駛安全。它由車把、制動(dòng)裝置、調(diào)速手把等組成。5電氣儀表部分電氣儀表裝置是保證車輛安全行駛并反映

19、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要裝置，它使騎行者能正確、有效地對(duì)車輛行駛適時(shí)地進(jìn)行控制。它由數(shù)據(jù)顯示裝置、充電器等組成7。1.3電動(dòng)自行車的動(dòng)力分析電動(dòng)自行車作為交通工具，在行駛過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到上坡或下坡，在衡量電動(dòng)自行車性能時(shí)，其中有一項(xiàng)重要指標(biāo)就是爬坡性能，也就是電動(dòng)自行車的轉(zhuǎn)矩性能。而電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于電機(jī)，因此電動(dòng)自行車電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小直接影響電動(dòng)自行車爬坡性能的好壞。為了方便起見(jiàn)，假定1電動(dòng)自行車自重35Kg,載重75Kg,前后車輪直徑為0.61M;2電動(dòng)自行車的效率為70,電機(jī)功率為180w;3路面平坦、無(wú)風(fēng)時(shí)最大速度為20km/h。當(dāng)電動(dòng)自行車在水平路面以最大速度行駛時(shí)，由公式P=

20、F*V可得電動(dòng)自行車的推動(dòng)力F=P/V=18.9N,那么電動(dòng)自行車的轉(zhuǎn)矩T=F*R=5.76NM,即電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)為5.76NMFu坡度夾角aG=(M1+M2)gFu=G*sinaFu=(M1+M2)gsina+F圖29受力分析如圖2-9當(dāng)電動(dòng)自行車在上坡路面上行駛時(shí)，電動(dòng)自行車的推動(dòng)力=水平路面上行駛時(shí)的推動(dòng)力+載重和車重沿坡面的分量，即：Fu=gsina+F=1078*sina+18.9而Vu=p/Fu=126/當(dāng)a=1時(shí),Vu=3.34M/S=12.03Km/h;當(dāng)a=2時(shí),Vu=8.03Km/h;因?yàn)槌鞘械缆返钠露纫话悴怀^(guò)4,由上面的計(jì)算可見(jiàn)，隨著路面坡度的增加，電動(dòng)自行車在輸出功

21、率不變的情況下其最大速度在迅速減小，這給用戶的使用帶來(lái)了不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一方面，電動(dòng)自行車在上坡時(shí)對(duì)其施加外力來(lái)增大轉(zhuǎn)矩，提高速度；另一方面，在選用電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，不僅要考慮到電機(jī)的功率，而且要考慮到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使用大功率或輸出轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)，也可以解決電動(dòng)自行車上坡時(shí)遇到的問(wèn)題30第2章電動(dòng)自行車無(wú)刷電機(jī)原理分析電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展當(dāng)前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：無(wú)機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，而且降低了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時(shí)還需要占據(jù)一定的空間位置。在很多場(chǎng)合，例如

22、空調(diào)器和計(jì)算機(jī)外設(shè)都要求無(wú)刷直流電機(jī)以無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運(yùn)行。無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行實(shí)際上就是要求在不采用機(jī)械傳感器的條件下利用電機(jī)的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置信息，目前比較成熟的無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行控制方法有：1、反電動(dòng)勢(shì)法包括直接反電動(dòng)勢(shì)法、間接反電動(dòng)勢(shì)法以及派生出來(lái)的反電動(dòng)勢(shì)積分法等。2、定子三次諧波檢測(cè)法。3、續(xù)流二極管電流通路檢測(cè)法。但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善中。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制。存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無(wú)刷直流電機(jī)的固有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是提高無(wú)刷直流電機(jī)性能的重要方面。智能控制。隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，

23、在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中,智能控制理論得到長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用。目前，專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三個(gè)最主要的理論和方法。其中，模糊控制是把一些具有模糊性的成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則有機(jī)的融入到傳動(dòng)控制策略中，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到許多方面。隨著無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用圍的擴(kuò)大，智能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視1o無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的基本結(jié)構(gòu)與工作原理無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理Q bb原理圖三相橋式開(kāi)關(guān)電源： TOC o 1-5 h z K13K3K5pa-bK2K4KGC1)圖a三相橋開(kāi)關(guān)圖圖2-1三相開(kāi)關(guān)原理圖三相開(kāi)關(guān)原理如圖2-1a把上圖中的開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4、K5、K6按K1K2-K2K3K3K4-K4K5

24、-K5K6-K6K1的順序打開(kāi)、關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)電流通、斷循環(huán)，其原理是把直流電壓經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電路的通、斷轉(zhuǎn)換成三相電流輸出，為無(wú)刷電機(jī)提供交流電壓11o而本設(shè)計(jì)是讓三相橋式開(kāi)關(guān)輸出的電流控制直流無(wú)刷電機(jī)，以使三相橋式開(kāi)關(guān)輸出端直接與無(wú)刷電機(jī)的三相輸入端相連，為直流無(wú)刷電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)的交變磁場(chǎng)，帶動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使直流無(wú)刷電機(jī)工作。圖2-1b把開(kāi)關(guān)改為可控的三極管，實(shí)現(xiàn)電子控制，使電機(jī)控制變得更加簡(jiǎn)單。一般的永磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙中建立磁場(chǎng)，其電樞繞組通電后產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，由電力電子逆變器供給電樞繞組的電流并不是正弦波，而是120。的方波，因而三相合成磁動(dòng)勢(shì)不

25、是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是跳躍式的步進(jìn)磁動(dòng)勢(shì)，它和恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，除了平均轉(zhuǎn)矩之外，還有脈動(dòng)分量。由于電力電子逆變器的換向作用，使得這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向在電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中始終保持一定的角度，從而產(chǎn)生最大平均轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，與直流有刷電動(dòng)機(jī)不同，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電樞轉(zhuǎn)一圈，定子繞組只換相6次,每個(gè)極換相三次，相當(dāng)于只有三個(gè)換向片的直流電動(dòng)機(jī)15。電子換向逆變器主電路如圖2-2所示,AA,BB,CC代表直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組，采用Y型連結(jié)，逆變器為兩兩通電方式，120導(dǎo)電型。首先假設(shè)轉(zhuǎn)子處于圖2-2a的位置,若此時(shí)使V3,V4導(dǎo)通，則電流從B端流入，A端流出,定子磁動(dòng)勢(shì)為F

26、a。如圖2-2a示，在Fa的作用下,轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)到圖2-2b的位置,若此時(shí)使V4,V5導(dǎo)通,則電流從C端流入,A端流出，定子磁動(dòng)勢(shì)為Fb,在Fb的作用下，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，依次類推，如果每隔60角度順序使V5和V6,V1和V6,V1和V2,V3和V2兩兩導(dǎo)通。3W(f)圖22無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖定子磁動(dòng)勢(shì)分別如圖2-2c、圖2-2d、圖2-2e、圖2-2f所示，從而形成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，在這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子也會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)，如果使開(kāi)關(guān)管反復(fù)地按上述規(guī)律導(dǎo)通，即可使轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，且定子磁動(dòng)勢(shì)總是超前于轉(zhuǎn)子磁極軸線角度60-1200之間。由上述的分析可見(jiàn)，要使直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)正確的

27、換相運(yùn)行，必須知道圖2-2所示的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置，六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置即對(duì)應(yīng)著直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)后的300角度處。如果是有位置傳感器直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，則可以通過(guò)傳感器來(lái)直接獲得轉(zhuǎn)子的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置的信息，如果是無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，則需要通過(guò)其他方法，例如利用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組的反電勢(shì)，直接或間接的獲得轉(zhuǎn)子位置信息。無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如圖2-3:電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源部可以直接以直流電輸入或以交流電輸入,如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流

28、電壓由換流器轉(zhuǎn)成3相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器一般由6個(gè)功率晶體管Q1Q6分為上臂/下臂連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開(kāi)關(guān)?？刂撇縿t提供PWM脈沖寬度調(diào)制決定功率晶體管開(kāi)關(guān)頻度及換流器換相的時(shí)機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器,做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制12。直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器hall-sensor,做速度之閉回路控制,

29、同時(shí)也做相序控制的依據(jù)。要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置,然后依照定子繞線決定開(kāi)啟或關(guān)閉換流器inverter中功率晶體管的順序，如下圖2-4inverter中之ATBHCHS些稱為上臂功率晶體管及AL、BL、CL這些稱為下臂功率晶體管,使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向或逆向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。InverterJSahKbh jKch圖24無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開(kāi)啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直

30、到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管或只開(kāi)下臂功率晶體管,；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。基本上功率晶體管的開(kāi)法可舉例如下：AH、BL一組一AHCL一組一BHCL一組一BHAL一組一CHAL一組一CHBL一組循環(huán)組合但絕不能開(kāi)成AHAL或BTBL或CHCL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂或下臂尚未完全關(guān)閉，下臂或上臂就已開(kāi)啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令Command與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)或由軟件

31、運(yùn)算再來(lái)決定由下一組AHBL或ATCL或BHCL或開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開(kāi)長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由脈沖寬度調(diào)制PWM來(lái)完成5。第3章電動(dòng)自行車控制器單元電路分析電動(dòng)自行車控制器的功能電動(dòng)自行車的功能包括調(diào)速、限速、柔性電子剎車進(jìn)入巡航；2有剎車信號(hào)；3故障時(shí)，故障指示燈閃爍；4蓄電池欠壓時(shí)。.柔性電子剎車,并保持1秒后，欠壓功能開(kāi)啟，自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)，等到轉(zhuǎn)把歸零后，再次檢測(cè)電池電壓，只有電池電壓回升到24V以上才能再次驅(qū)動(dòng)電機(jī)。欠壓保護(hù)是為了保護(hù)電池過(guò)度放電，影響其使用壽命，使用回差保護(hù)，避免電機(jī)在欠壓點(diǎn)來(lái)回啟停。.防飛車功能當(dāng)手把損壞時(shí)，手把電壓輸出一直保持在1.25

32、V以上，接通電源，電機(jī)就會(huì)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，向前飛出去，導(dǎo)致人身事故，同時(shí)也是防止某種誤操作。.60和1200電機(jī)智能適應(yīng)電動(dòng)自行車用電機(jī)根據(jù)其位置傳感器安裝角度的不同分為兩種：60電機(jī)和120。電機(jī)，這兩種電機(jī)輸出的位置信號(hào)不一樣，不能使用同樣的換相時(shí)序,通?？刂破饕哺鶕?jù)電機(jī)不同也分為兩種，此功能就是兼容兩種角度的電機(jī)，不需要改動(dòng)任何硬件2o無(wú)刷電機(jī)控制器單元電路分析無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速原理電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車一般都使用直流電機(jī)，對(duì)直流電機(jī)調(diào)速方法如圖3-1所示普遍采用的圖3-1a所示方法，學(xué)名叫脈寬調(diào)制，簡(jiǎn)稱PWM通過(guò)開(kāi)關(guān)K的反復(fù)接通、反復(fù)斷開(kāi)進(jìn)行調(diào)速。平均接通時(shí)間長(zhǎng)，即開(kāi)關(guān)導(dǎo)通比大，轉(zhuǎn)速高；平均接

33、通時(shí)間短，就是導(dǎo)通比小，轉(zhuǎn)速降低。導(dǎo)通比可用下述公式表示：KTon/(TonToff)式中總周期T不變，K為占空比，Ton為導(dǎo)通時(shí)間,Toff為截止時(shí)間。K的最大值是1,最小值是0。在這里，占空比也可叫導(dǎo)通比。圖3-1a中的開(kāi)關(guān)K,實(shí)際是大功率場(chǎng)效應(yīng)管VDMO瞄見(jiàn)圖2-1所示，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通相當(dāng)于K閉合，截止相當(dāng)于K關(guān)斷，場(chǎng)效應(yīng)管VDMOS的導(dǎo)通比可以通過(guò)一系列電路實(shí)現(xiàn)。通過(guò)加到VDMO酬極脈沖占空比控制轉(zhuǎn)速，這就是速度控制器原理，速度控制器簡(jiǎn)稱控制器。K 1PWM脈沖控制g圖3-1直流電機(jī)調(diào)速方法反復(fù)周期T按動(dòng)開(kāi)關(guān)也能調(diào)速，開(kāi)關(guān)閉合Kon,開(kāi)關(guān)打開(kāi)Koff,T=Kon+Koff,電機(jī)M得電時(shí)

34、間率叫占空比，顯然占空比大，電機(jī)M得電多，轉(zhuǎn)速快，占空比小，電機(jī)M得電少，轉(zhuǎn)速低。占空比=Kon/用功率場(chǎng)效應(yīng)管取代K,在柵極加上驅(qū)動(dòng)，此驅(qū)動(dòng)電路原理將在以后介紹。當(dāng)高電平時(shí)，效應(yīng)管導(dǎo)通，相當(dāng)于K閉合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)K打開(kāi)截止。場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由電子電路產(chǎn)生，是一串脈沖，脈沖寬度可調(diào)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通占空比受控可變，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速14。速度調(diào)速器的結(jié)構(gòu)調(diào)制脈寬是為了改變?nèi)鄻蛑锌煽毓璧拈_(kāi)關(guān)時(shí)間，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。原理圖如下3-2a是三角波或鋸齒波震蕩電路提供的，并且是周期一定、坡度不變的周期波。參考電壓U為有調(diào)速把的輸出電壓提供可為霍爾轉(zhuǎn)把或光電速度把。由于U

35、的變化時(shí)間在一定周期相對(duì)不變?cè)谌遣ㄖ芷谙鄬?duì)極短，所以u(píng)在與三角波的比較后產(chǎn)生PWM空制月沖，控制功率開(kāi)關(guān)。即三角波在上升沿時(shí)一旦大于u將輸出高電平為1,反而當(dāng)在三角波下降沿時(shí)，一且小于Ud輸出變?yōu)榈碗娖郊礊?,從而產(chǎn)生PWMK形，即為三相控制脈沖的形成。調(diào)速把輸出電壓三角波輸入PWM生成taPWMfc成原理圖b有刷調(diào)速控制器的基本結(jié)構(gòu)作 爾 轉(zhuǎn) 把剎 車 電 路信號(hào)處理限流 電路過(guò)流像護(hù)穩(wěn)壓電路+5V三角波的生成與輸入驅(qū)動(dòng)電路功率 開(kāi)關(guān)+電流取樣電池-圖c分立元件有刷控制器圖3-2電機(jī)速度控制器原理圖3-2b所示的是直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，有刷控制系統(tǒng)主要通過(guò)霍爾轉(zhuǎn)把給定比較電壓并通過(guò)比較器

36、而產(chǎn)生比較脈沖，控制功率開(kāi)關(guān)開(kāi)斷從而產(chǎn)生可控的電流，最終控制電機(jī)的運(yùn)行。圖3-3c此控制電路為分力元件有刷控制電路,在這一電路中還增加了過(guò)流保護(hù)、限流保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路和剎車電路。從而使電機(jī)控制更加完善18o速度把光電速度把原理電動(dòng)車調(diào)速把主要有兩大類：光電類和霍爾類。光電類基本被淘汰了但是有取材容易，造價(jià)低廉，可以自制等優(yōu)點(diǎn)。光電速度把的部主要由發(fā)光二極管、NPN光電接收三極管、透明度逐漸變化的膠片等構(gòu)造。其工作原理是：發(fā)光二極管正對(duì)光電接收三極管中間隔著透明度逐漸變化的膠片，通過(guò)改變膠片的位置，使光電三極管接收到的來(lái)自發(fā)光二極管的光強(qiáng)度逐漸變化。光電二極管的導(dǎo)通受光強(qiáng)控制受光越強(qiáng)導(dǎo)通越

37、好，反映在光電接收三極管的集電極負(fù)載電阻上的電壓降就會(huì)變化，速度輸出信號(hào)一般是4V-1V高變低型的。有刷控制器光電調(diào)速把構(gòu)造見(jiàn)圖3-3所示,速度把通過(guò)鋼絲繩牽動(dòng)一個(gè)薄鋼片，上面有個(gè)“人字形夾縫，靠它改變透光多少，速度輸出信號(hào)是4V-1V高變低型的，發(fā)光二極管和光電接收三極管分別用屏蔽線接到速度控制器。屏蔽線發(fā)光/ 極管彈簧3- 3有刷控制器光電調(diào)速把光電三極管部結(jié)構(gòu) 帶人字夾縫屏蔽線發(fā)光二極管斗光電三極管連線霍爾轉(zhuǎn)把原理霍爾轉(zhuǎn)把是利用霍爾效應(yīng)結(jié)合集成電路制成的，霍爾原理是如圖3-4導(dǎo)片在磁場(chǎng)中并且平行于磁力線，當(dāng)轉(zhuǎn)把不運(yùn)動(dòng)時(shí)由霍爾原理可得al、bl電位相等，此時(shí)輸出端電壓為0,但當(dāng)受到外力旋轉(zhuǎn)

38、運(yùn)動(dòng)就會(huì)切割磁力線，并應(yīng)霍爾效應(yīng)使al、bl兩點(diǎn)的電位發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出電壓即a.b兩端的電壓增大，此電壓因轉(zhuǎn)把的位置變化度的大小而決定輸出電壓的大小變化,在控制電路中利用此電壓來(lái)控制調(diào)速。圖34 霍爾轉(zhuǎn)把原理利用上面的霍爾原理制成霍爾轉(zhuǎn)把，外形如下圖3-5a它有三條引線，一條接+5V,一條接信號(hào)線，一條電源和信號(hào)的公共端接地。常見(jiàn)的霍爾轉(zhuǎn)把有兩種如圖3-5所示：一種是輸出信號(hào)由低變高型另一種是是輸出信號(hào)由高變低型。所謂信號(hào)有低變高型是指：慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號(hào)線對(duì)地電壓由起始1V逐漸上升到4V左右。而輸出信號(hào)有高變低型的相反，慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號(hào)線對(duì)地電壓由起始4V左右逐漸下降到1V左右。

39、這兩種可以互相改變，方法是打開(kāi)轉(zhuǎn)把，將每塊磁鐵極性顛倒后用膠重新固定。需要注意的是，采用兩塊磁鐵是同極性相對(duì)。a霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物b霍爾轉(zhuǎn)把電路圖符號(hào)圖3- 5霍爾轉(zhuǎn)把霍爾轉(zhuǎn)把常見(jiàn)的故障是磁鐵脫落或退磁，還有復(fù)位彈簧折斷?；魻柶骷容^嬌氣，使用中力戒供電電源過(guò)高嚴(yán)格在6V以和防止高溫工作。霍爾轉(zhuǎn)把部常使用三端線性UGN3501T霍爾器件，在用5V供電時(shí)，靜態(tài)電流小于8mA,電壓稍高于5V,電流就會(huì)大于10mA.如果供電超過(guò)6V,霍爾器件的電流、溫度都會(huì)快速上升，此時(shí)霍爾器件容易損壞?；魻栒{(diào)速把有三條引線，廠家不同，顏色也不同。常見(jiàn)的引線分布有如下四種，見(jiàn)表3-1所示。表31霍爾調(diào)速把常見(jiàn)的引線分布常

40、見(jiàn)引線：+5V紅紅紅紅速度信號(hào)綠造rm.里八、綠地里八、里八、黃黃光電速度把和霍爾轉(zhuǎn)速度把可以互換，見(jiàn)圖3-6所示。圖3-6a是早期光電型的速度把，它是無(wú)觸點(diǎn)型的，由發(fā)光二極管、限流電阻、光電三極管、負(fù)載電阻組成。加電后發(fā)光二極管始終發(fā)光，如果光照到光電三極管上,光電三極管就導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光的強(qiáng)度有關(guān)。光越強(qiáng)，光電三極管導(dǎo)通越女?,負(fù)載電阻上的壓降越大，速度信號(hào)電壓越低。在發(fā)光二極管和光電三極管之間有個(gè)遮光片，早期是由逐漸透明的膠片制成的，現(xiàn)在是一個(gè)不透明的金屬片制成，金屬片上面開(kāi)有一個(gè)人字形的夾縫。改變遮光片的位置,就改變了光電三極管受光強(qiáng)度，也就改變了速度信號(hào)電壓的高低13。圖3-6給出

41、了霍爾轉(zhuǎn)把替換光電速度把的方法，需要一個(gè)+5V穩(wěn)壓電源，本控制器需要的霍爾轉(zhuǎn)把是高變低的那種。E r限流電阻員載電阻工光極發(fā)二電極于光三管號(hào)地信時(shí)一速光電調(diào)速把原理圖a圖b霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物原理圖圖36光電速度轉(zhuǎn)把和霍爾轉(zhuǎn)把互換國(guó)家對(duì)電動(dòng)車速度限制為20KM/h。廠家制造有刷控制器時(shí),設(shè)計(jì)了限速電路，如圖3-7就是常使用的一種限速電路?；魻栒{(diào)速轉(zhuǎn)把的速度信號(hào)電壓V1有電阻R1和R2R3分壓后，變?yōu)閂2才送到PWM送到PWM勺最高電壓對(duì)應(yīng)車子的最高速度，該電路限速功能由開(kāi)關(guān)K來(lái)控制：K接上，R3和R2并聯(lián)，再和R1串聯(lián)，使送到PWM勺最高電壓較低；不接這條線，僅R1、R2起作用，送到PWM勺最高電壓較

42、高。開(kāi)關(guān)K打開(kāi)時(shí)，車速增加，但安全系數(shù)下降，續(xù)行里程變小，電瓶壽命短。在此限速電路中又增加了剎車控制原理電路圖，也就是上面所說(shuō)的剎車原理的應(yīng)用16ob圖3-7典型速度限制電路打開(kāi)速度開(kāi)關(guān)K,R3不起作用，到達(dá)PWM專速信號(hào)為：V2(R2*V1)/(R1R2)裝上速度開(kāi)關(guān)K,R3和R2并聯(lián)，使到達(dá)PWM專速信號(hào)減小為:V2(R2*V1)/R1R2(R1*R2)/R3剎車輸入電路如圖3-8所示。電動(dòng)自行車的剎車輸入信號(hào)有兩種：低電平和高電平，有的廠商采用低電平剎車，有的廠商采用高電平剎車。為了滿足所有需要，本系統(tǒng)兼容了低電平和高電平剎車。低電平剎車時(shí),通過(guò)一個(gè)隔離二極管DGl,把信號(hào)直接送入剎車信

43、號(hào)檢測(cè)I/O口；高電平剎車時(shí)，通過(guò)電阻RGl、RG2和三極管QGl構(gòu)成一個(gè)取反電路,把高電平轉(zhuǎn)換為低電平。同時(shí)軟件檢測(cè)到I/O電平為低時(shí),判定為有剎車信號(hào)。圖3-8電機(jī)速度控制器原理剎車把原理如圖3-9所示霍爾傳感器輸出電壓控制光電藕合器，控制輸入控制脈沖，使PWM波形變化，也就是把控制脈沖電流拉出，使功率開(kāi)關(guān)無(wú)法打開(kāi)或打開(kāi)時(shí)間變斷，最后達(dá)到剎車目的。a麟僦器軸7Nb圖39剎車把控制原理圖此電路只能減小轉(zhuǎn)速，卻不能在短時(shí)間使電機(jī)停止，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)則需利用能耗制動(dòng)的方法使其停止工作,也就是利用MC33035的輸出使能端接地關(guān)閉頂部輸出端子，打開(kāi)底部輸出端子，讓三個(gè)底部端子對(duì)地連接，使電機(jī)處于能

44、耗制動(dòng)的狀態(tài)讓電機(jī)快速停止工作21o3.5防飛車電路通電之后電機(jī)就飛轉(zhuǎn),習(xí)慣叫飛車，通常是功率管VDMOSS穿DS短路。為了防止這種現(xiàn)象，可以加上防飛車電路。這里介紹采用繼電器的防飛車電路。1為功率開(kāi)關(guān)漏極D電位檢測(cè)2為霍爾轉(zhuǎn)把電位檢測(cè)1、2全低時(shí)為飛車圖3-10防飛車電路圖判斷是否飛車的依據(jù)：在霍爾調(diào)速把輸出很小，即轉(zhuǎn)把沒(méi)加速的時(shí)候，功率VDMO籬漏極D應(yīng)該是高電位；如果是低電位，那就是功率管DS短路，加電就會(huì)飛車。在電源通向電機(jī)處串聯(lián)一組繼電器接觸器觸點(diǎn)，判斷是否飛車，可通過(guò)繼電器這組觸點(diǎn)，切斷給電機(jī)供電的通路，使電機(jī)不轉(zhuǎn)。如果不飛車，則接通繼電器這組觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾調(diào)速把正常加速，電機(jī)就會(huì)

45、受控旋轉(zhuǎn)。全面利用檢測(cè)功率管VDMOSS極電位和霍爾調(diào)速把輸出信號(hào)電位的方法,制作的防飛車電路較理想，繼電器動(dòng)作不頻繁，壽命長(zhǎng)。圖3-10防飛車功能的有刷控制器電路框圖,它是利用繼電器常閉觸點(diǎn)控制電機(jī)能否得電。保護(hù)動(dòng)作過(guò)程：圖中1、2全低電位時(shí)，判為飛車，繼電器吸合線圈得電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)失電。常見(jiàn)的防飛車控制器比較簡(jiǎn)單，僅僅使用了霍爾調(diào)速把轉(zhuǎn)速輸出信號(hào)電位控制，信號(hào)電位低時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)斷開(kāi)，信號(hào)電位升高到一定值時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)才開(kāi)始接通。貨運(yùn)三輪的更簡(jiǎn)單，電源串聯(lián)一只手動(dòng)開(kāi)關(guān)，出現(xiàn)飛車就將其斷開(kāi)防止事故。3.6巡航電路,必須始終保持手握調(diào)速手柄電動(dòng)車在行駛過(guò)程中,一旦離開(kāi)，調(diào)速轉(zhuǎn)把

46、部的彈簧就會(huì)使轉(zhuǎn)把歸位到零速位置，采用巡航電路可以減小勞動(dòng)強(qiáng)度。巡航電路就是記住當(dāng)時(shí)行駛速度對(duì)應(yīng)的調(diào)速轉(zhuǎn)把速度輸出信號(hào)的電壓值用電路產(chǎn)生該值,并取代調(diào)速轉(zhuǎn)把對(duì)速度控制器進(jìn)行控制。采用單片機(jī)的控制器，通過(guò)程序就可以方便地實(shí)現(xiàn)巡航功能，無(wú)需改動(dòng)電路。10第4章無(wú)刷直流電機(jī)MC33035芯片及其工作原理電路MC3303腿Motorola公司的第二代直流無(wú)刷電極控制器專用集成電路系列，也是Motorola公司為直流無(wú)刷電機(jī)閉環(huán)速度控制專門設(shè)計(jì)的集成。4.1MC33035芯片介紹MC33035集成電路的主要組成部分包括轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼器電路；帶溫度補(bǔ)償?shù)?.24V部基準(zhǔn)電源；頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器；

47、誤差放大器；脈寬調(diào)制PWM比較器；輸出驅(qū)動(dòng)電路；欠電壓封鎖保護(hù)；芯片過(guò)熱保護(hù)等故障輸出；限流電路。MC33035的典型控制功能包括可控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)；實(shí)現(xiàn)電機(jī)剎車制動(dòng)；啟停功能；可選擇三相無(wú)刷直流電機(jī)傳感器相位差600或120;欠壓封鎖保護(hù)，IC過(guò)熱保護(hù)和故障輸出。MC33035是高集成度的電子芯片，因而基于它的三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。MC33035的管腳排列如圖4-1所示，各引腳功能定義見(jiàn)表4-1。BT124一CTAT223BrakeFwd/Rev32260/120SelectSA一421ABSB一520-BBSC一619一CBOutputE

48、nable718一VCReferenceOutput817一VCCCurrentSenceNoninvertingInput916一GNDOscillator1015CurrentSenceInvertingInputErrorAmpNoninvertingInput1114FaultOutputErrorAmpInvertingInput1213-ErrorAmpOut/PWMInputMC33035圖41MC33035的管腳排列圖管腳編號(hào)符號(hào)功能定義1,2,24BT,AT,CT三個(gè)集電極開(kāi)路頂端驅(qū)動(dòng)輸出，用于驅(qū)動(dòng)外部上端功率開(kāi)關(guān)晶體管3Fwd/Rev正向/反向輸入，用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，當(dāng)3管

49、腳變化時(shí)轉(zhuǎn)速譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)變成，反向信號(hào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)4,5,6SA,SB,SC三個(gè)傳感器輸入，用于控制整流序列7OutputEnable輸出使能，高電平有效。該腳為高電平時(shí)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)接地時(shí)，輸出為頂部驅(qū)動(dòng)信號(hào)為1關(guān)斷，底部為0關(guān)斷輸出信號(hào)8ReferenceOutput此輸出為振蕩器定時(shí)電容CT提供充電電流，并為誤差放大器提供參考電壓，也可以向傳感器提供電源9CurrentSenseNoninvertingInput電流檢測(cè)同向輸入。在一個(gè)給定的振蕩器周期中，一個(gè)相對(duì)于管腳15為100mV的信號(hào)可中止輸出開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。通常此管腳連接到電流檢測(cè)的上端10Oscillator振蕩器引腳，振

50、蕩頻率由定時(shí)兀件RT和CT所選擇的參數(shù)值決定11ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號(hào)放大器向向輸入。通常連接到速度設(shè)置電位器上12ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號(hào)放大器反向輸入。在開(kāi)環(huán)應(yīng)用情況下，此輸入通常連接到誤差放大器輸出端13ErrorAmpOut/PWMInput誤差放大器輸出/PWM輸入。在閉環(huán)應(yīng)用情況下，此管腳用作補(bǔ)償14FaultOutput故障輸出端。當(dāng)下列的任一或多個(gè)條件滿足時(shí)，集電極開(kāi)路輸出端被觸發(fā)而變?yōu)榈停粺o(wú)效的傳感器輸入碼，電流檢測(cè)超過(guò)100mV,低電壓鎖定或熱關(guān)斷15CurrentSenseInvertingInput電

51、流檢測(cè)反向輸入端。用于給部100mV門限電壓提供參考地，該管腳通常連接到電流檢測(cè)電阻的底端16Gnd該管腳用于為控制電路提供一個(gè)分離的接地點(diǎn)，并可以作為參考返回到電源地17Vcc正電源。Vcc在10V30V的圍，控制器均可止常工作18Vc底部驅(qū)動(dòng)輸出的高端電壓是由該管腳提供的，它的工作圍從10V30V19,20,21CB,BB,AB這三個(gè)圖騰柱式底部驅(qū)動(dòng)輸出被設(shè)計(jì)用于直接驅(qū)動(dòng)外部底部功率開(kāi)關(guān)晶體管2260/120Select此管腳的電氣狀態(tài)可決定控制電路是工作在60局電平狀態(tài)還是120低電平狀態(tài)的傳感器電氣相位輸入狀態(tài)卜23Brake輸出使能。該管腳為低時(shí)允許馬達(dá)運(yùn)行，為高時(shí)關(guān)斷頂部驅(qū)動(dòng)，打開(kāi)

52、底部驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行停止4.2MC33035芯片部功能轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路：腳4、5、6是傳感器位置信號(hào)輸入,MC33035通過(guò)對(duì)輸入位置信號(hào)譯碼對(duì)應(yīng)輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這三個(gè)信號(hào)與TTL電平兼容。當(dāng)輸入全0或1”表示非法信號(hào)。故障輸出端引腳14輸出有效低電平。通過(guò)選擇引腳22來(lái)確定輸入三相信號(hào)相位差為600還是120。表4-2給出三個(gè)傳感器信號(hào)相差120度與上三路和下三路驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系。表4-2邏輯關(guān)系表SaSbScAtBtCtAbBbCb正轉(zhuǎn)100011001110101001010101100011110100001110010101011010反轉(zhuǎn)1001101001101

53、10010010011010011011001001101001101101100誤差放大器：該芯片部設(shè)有高性能，全補(bǔ)償?shù)恼`差放大器。在閉環(huán)速度控制時(shí)，該放大器的直流電壓增益為80dB,增益帶寬為0.6MHz,輸入共摸電壓圍從地到參考電壓典型值為6.25V,可得到良好性能。鋸齒波振蕩器：部振蕩器震蕩頻率由外接定時(shí)組件Ct和Rt決定。每個(gè)周期由基準(zhǔn)電壓有管腳8腳提供經(jīng)Rt向Ct充電，然后Ct上電荷通過(guò)部一晶體管迅速放電而形成鋸齒波振蕩信號(hào)，其波峰和波谷分別是4.1V、1.5V。在本電路中，噪聲干擾并不是太嚴(yán)重，而過(guò)高頻率使場(chǎng)效應(yīng)管損耗嚴(yán)重,故采用的頻率比較低6kHz。脈寬調(diào)制器：除非由于過(guò)電流或

54、故障狀態(tài)使六個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出閉鎖，在正常情況下，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號(hào)比較后，產(chǎn)生脈寬調(diào)PWM信號(hào)，控制三個(gè)下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出，改變輸出脈沖寬度，相當(dāng)于改變供給電機(jī)繞組的平均電壓，從而控制其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩9。脈寬調(diào)制時(shí)序如圖4-3所示：C2故障輸出電流檢測(cè) 輸入誤差放大器 輸出端鎖存器S et輸入上側(cè)驅(qū)動(dòng) 輸出下側(cè)驅(qū)動(dòng) 輸出圖4-2脈寬調(diào)制時(shí)序表電流限制控制：外接逆變橋經(jīng)電阻接地，作電流采樣。采樣電壓有9和15腳輸入至電流檢測(cè)比較器。比較器反相輸入端設(shè)置有100mV基準(zhǔn)電壓，作為電流限流基準(zhǔn)。欠電壓保護(hù)：設(shè)欠電壓保護(hù)電路，在下列情況下關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出：本芯片17管腳電壓不足、18腳電壓不足典型值低于

55、9.1V及部基準(zhǔn)電壓不足典型值低于4.5V,以保證芯片部全部工作正常和向下側(cè)驅(qū)動(dòng)輸出提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓。4.3MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)及工作原理MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)框圖如下圖4-3所示:TLt7.q懶源zz心Rs|Broke Cerent 漸短口1打酊匚匕圖43MC33035芯片的部結(jié)構(gòu)框圖MC33035芯片的特點(diǎn)為：工作的電源電壓圍很寬,有1030V芯片含有基準(zhǔn)電壓源6.25V傳感器相角可以選擇600/00Q0或20/240帶外部頻率調(diào)整的鋸齒波發(fā)生器可直接控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)可直接實(shí)現(xiàn)電機(jī)剎車制動(dòng)可直接控制電機(jī)啟停主要部結(jié)構(gòu)功能：MC33035的部結(jié)構(gòu)框圖

56、如圖4-3所示，其中包括轉(zhuǎn)子位置傳感譯碼電路、限流電路、具有溫度補(bǔ)償?shù)?.24V部基準(zhǔn)電源、RT及CT可變鋸齒波振蕩電路、脈寬調(diào)制比較器、誤差放大器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、欠壓、過(guò)熱保護(hù)以及故障電平輸出電路組成。正常狀下，接于引腳10的電阻RT與定時(shí)電容CT決定了部振蕩器的振蕩頻率，在引腳10形成鋸齒波，該鋸齒波與從引腳11輸入的經(jīng)誤差放大器放大或調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)由PW此較器比較，在PWM匕較器的輸出端形成PWMfe,轉(zhuǎn)子位置傳感譯碼電路對(duì)引腳4、5、6輸人的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行譯碼，并根據(jù)引腳4、5、6輸入的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)對(duì)PWMt匕較器輸出的PWM波進(jìn)行控制形成驅(qū)動(dòng)三相逆變器中六只開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)，

57、這六路信號(hào)經(jīng)部的晶體管放大后從引腳19、20、21輸出相應(yīng)的三路低端驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)從引腳1,2,24輸出相應(yīng)的三路高端驅(qū)動(dòng)信號(hào)，隨用戶在引腳11輸入電壓的不同，該六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率與脈沖寬度便不同，也就是調(diào)節(jié)了電壓頻率比，從而調(diào)節(jié)被控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，另應(yīng)看到六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相序由引腳的狀態(tài)所唯一決定，一旦發(fā)生過(guò)熱、無(wú)位置傳感信號(hào)輸入或位置傳感信號(hào)相位不正確、缺相、過(guò)流等非正常狀態(tài)則相應(yīng)的部邏輯電路動(dòng)作，封鎖輸出脈沖6。MC33035芯片的工作原理無(wú)刷直流電機(jī)中的位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于定子繞組的位置，并輸出霍爾信號(hào)到MC33035,使主控芯片MC33035ft確定的相對(duì)位置上輸出六路控制信號(hào)，

58、控制信號(hào)通過(guò)IR2103緩存，控制功率管在轉(zhuǎn)子的適當(dāng)位置導(dǎo)通或截止，從而控制各電樞繞組的電流，隨著轉(zhuǎn)子的位置改變按一定的順序進(jìn)行換流，從而保證每個(gè)磁極下電流方向不變，實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有電刷的無(wú)接觸式換向。其實(shí)三個(gè)傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無(wú)效。通過(guò)六個(gè)有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。表2所列是其真值表。MC33035直流無(wú)刷電機(jī)控制器的正向/反向輸出可通過(guò)翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)輸入狀態(tài)改變時(shí)，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?從而改變整流時(shí)序,以使電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)通/斷控制可由輸出使

59、能來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)該管腳開(kāi)路時(shí)，連接到正電源的置上拉電阻將會(huì)啟動(dòng)頂部和底部驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)序。而當(dāng)該腳接地時(shí)，頂端驅(qū)動(dòng)輸出將關(guān)閉，并將底部驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制為低，從而使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調(diào)制、電流限制電路、片電壓參考、欠壓鎖定電路、驅(qū)動(dòng)輸出電路以及熱關(guān)斷等電路的工作原理及操作方法與其同類芯片的方法基本類似，在這里就不多述。第5章基于MC33035芯片的電動(dòng)自行車控制器電路5.1電動(dòng)自行車控制器的研究及發(fā)展電動(dòng)自行車控制器的主要形式有：分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)、基于專用集成電路的控制系統(tǒng)、以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)由于模

60、擬電路中不可避免的存在參數(shù)漂移和參數(shù)不一致等問(wèn)題，加上線路復(fù)雜、調(diào)試不便等因素，使電機(jī)的可靠性和性能受到影響，在電動(dòng)自行車控制器中已經(jīng)不采用了?；趯Ｓ眉呻娐返目刂葡到y(tǒng)采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)專用集成電路如MC33033MC33035ML4428為控制核心，克服了分立元件帶來(lái)的弊端，使控制電路體積小、可靠性高，但功能難以擴(kuò)展，在早期的電動(dòng)車控制器中較多采用。數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng)采用數(shù)字電路、單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器DSP卻成硬彳系統(tǒng)，控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向軟件實(shí)現(xiàn)?？刂旗`活、功能擴(kuò)展方便且易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。目前的電動(dòng)自行車控制器普遍采用這種控制系統(tǒng)19o當(dāng)前，電動(dòng)自行車控制器設(shè)計(jì)