常用电动车控制器电路和原理大全.docx
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常用电动车控制器电路和原理大全
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电动自行车控制器电路原理分析
目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电
机，对直流电机调速的控制器有很多种类。
电动车控制器核
心是脉宽调制（PWM）器，而一款完善的控制器，还应具有电
瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。
电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功
率三类。
电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要
使用中功率和大功率的。
从配合电机分，可分为有刷、无刷
两大类。
关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏
率较高。
笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。
而
应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接
代换或维修的。
本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制
器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点。
所列
电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标。
通过介绍具体实例，达到举一反三的目的。
1.有刷控制器实例
（1）山东某牌带电量显示有刷控制器
电路方框图见图1。
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1）电路原理
电路原理图见图2所示，该控制器由稳压电源电路、PWM
产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流
及蓄电池过放电保护电路等组成。
稳压电源由V3（TL431），Q3等元件组成，从36V蓄电
池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电，调节
VR6可校准+12V电源。
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PWM电路以脉宽调制器TL494为核心组成。
R3、C4与
内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。
H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其
输出端可得到4V—1V的电压。
该电压加到TL494的②脚，
与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。
②脚电压越低，
⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电
位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再
过一点。
电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。
电机MOTOR
为永磁直流有刷电机。
TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经Q1
反相放大驱动VDMOS管Q2。
TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低
电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。
D1是
电机续流二极管，防止Q2击穿。
TL494的⑧脚输出低电平时，
Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494的⑧脚输出高电平
时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速
Q2的截止过程，对降低Q2温度有十分重要的作用。
蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由
R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压
分别加到四个比较器的反相端。
蓄电池电压经R23和R22分
压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。
VA=VB*R22/（R22+R23）。
当蓄电池电压不低于38V时，LED1、
LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；
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当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，
LED1熄灭，此时应给电池充电。
调节VR1、VR4、VR3可分别
设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。
LED4用作电源指示，
LED5用作欠压切断控制器输出指示。
蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V时.LM324的
①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的
死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使TL494内部调
宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2截止，电机停止
运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态。
此时LED5点
亮，指示出该状态。
VR5用于设定电池保护点电压。
电机过流保护R30为电机电流取样电阻，当过流时，取
样电压经R14加到TL494的⑩脚。
当⑩脚电位高于⑩脚电位
时，TL494内部运放2输出高电平，迫使TL494内部调宽脉
冲输出管截止，从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，从而
保护了电机。
制动保护当刹车制动时，KEY2接通.5V电压加到TL494
的死区控制端④脚，迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，
从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，实施制动保护。
2）调试
调速电路零速调试：
速度转把完全松开.调节VR2使电
机停转并再调过一点以保证可靠置零速。
制动调试：
转动速
度转把，电机旋转。
此时闭合制动开关KEY2，Q2栅极应立
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即变为低电平0V。
过流保护调试：
转动速度转把，Q2栅极
为高电平12V。
此时在源极对地之间加上0.8V左右的电压，
栅极应很快变为低电平。
蓄电池放电指示电路用可调电源代替蓄电池。
电压为
38V时，调节VR1，使LED3刚好熄灭；电压为35V时，调节
VR2，使LED2刚好熄灭；电压为33V时，调节VR3，使LED1
刚好熄灭；电压为31V时，调节VR5，使LED5刚好点亮，此
时TL494的④脚应为高电平5V左右，进入电池欠压保护状
态。
通过上述设置，仅LED1点亮时，电压为33V-34V，应及
时给蓄电池充电，不过LED1熄灭至LED5点亮这段时间，蓄
电池还可维持运行，但LED5点亮时，进入欠压保护状态。
此时应注意，过一会儿电池电压因电机停转而回升，保护解
除，又恢复工作。
如此反复保护-工作-保护的结果会损坏电
池和控
制器，故应避免出现这种状况。
（2）上海伟显牌控制器
使用LM324、LM393和LM339制作的有刷控制器可靠性
是很高的，就是器件数量多些。
该控制器仅用一片LM339制
作有刷控制器部分。
用另一块LM339制成电量显示部分。
显
示部分见图3，电路原理见图4所示。
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上海伟星对该控制器的调速采用了光电速度转把。
由于
北方干燥，沙土灰尘大，影响了光电速度转把的使用。
实践
证明，完全可以用霍尔速度转把替代它。
具体方法见图5。
光电速度转把改为霍尔速度转把关键有两点：
一是加装
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+5V稳压电源；二是根据原速度信号输出点信号变化规律，
选用相应信号变化的霍尔调速转把。
该有刷控制器以PWM电路为核心，前面有三角波发生器、
电瓶欠压检测、电机过电流检测；后面有驱动、功率开关等。
每部分都是独立的.检查调试都比较方便。
三角波发生器由
IC2A、R17、C5、D2、R9、R10等组成施密特振荡器，在C5
上产生三角波。
脉宽调制器是IC2B，它的输入之一⑥脚，为
来自C5上的三角波，输入之二⑦脚，是来自速度转把（J1）
①脚的速度信号。
从IC2B①脚输出调宽脉冲，送互补推挽放
大器。
互补推挽驱动由T3、T4组成，脉冲高电平到来，上
管NPN管T4导通，12V加到功率管T1、T2的栅极，T1、T2
导通；脉冲低电平到来，上管NPN管T4截止.下管PNP管T2
导通，将T1、T2栅极的电荷迅速放掉，T1、T2截止。
电池
欠压保护由IC2C组成电压比较器，当电瓶电压低于31.5V
时，它的⒁脚变为低电位，相当于R13输入一端接地，将转
把速度信号降到接近零伏.使IC2B①脚呈低电平，T4截止、
T3导通；T1、T2截止。
过电流保护由IC2D组成电压比较器，
当过电流时。
R4右端电位变低.通过R5加到IC2D⑾脚，比
较器翻转⒀脚变为低电位，同样相当于R13输入一端接地.
将转把速度信号降到接近零伏，使T1、T2截止。
（3）四川绵阳产某牌中功率有刷控制器
该控制器采用无刷专用芯片,MC33035为核心制作的有
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刷控制器。
控制器电路原理图见图6所示，该控制器的特点是刹车
时三管齐下，具体工作原理如下：
刹车电路主要由J、Q3、Q6等组成。
继电器常开触点串
联在电机的供电电路中，+24V通过R29、D8为Q3提供基极
电流，Q3导通，J得电吸合，常开触点闭合，电机得电。
1）当刹车时，左、右刹车开关闭合，+15V通过R25、R21
为Q6提供基极电流，Q6导通，集电极电位降低，D4导通，
使D8截止，Q3失去基极电流而截止，J失电，常开触点断
开，电机失电停止转动。
2）在Q6导通，集电极电位降低时，D5也导通，降低了
U1的⑦脚电位。
该脚低电平关断PWM输出。
3）在Q6导通，集电极电位降低时，D6也导通，无论调
速转把在低速或高速位置，均将霍尔调速转把转速信号对地
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短路而降低送往U1⑾脚的信号电压。
欠压保护电路由欠压检测U2B和单端触发器U3组成。
其输出经Q4倒相送U1的⑦脚，关断U1的输出。
转把电压
检测U2C的输出送单端触发器U3强制复位端④脚进行调速
工作。
（4）北京某牌带防飞车功能有刷控制器
电路原理图见图7。
防飞车功能是靠串联在电机和电源正极之间继电器J的
常闭触点J实现的。
下面两种情况之一，都会使继电器得电，
断开电机电源：
一是电机过流；二是速度转把在零速位置时，
VDMOS的漏极D为低电位（开关管击穿）。
电机过流，电流取
样电阻R1下端电压变低，电流检测IC1A的②脚变低，①脚
变成高电位，经D5使T7、T8导通，J得电，常闭触点断开。
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当速度转把在零速位置时，PWMIC2的①脚低电位，D3
截止，T6截止，其集电极高电位。
一种情况：
如果功率开关
管没击穿则VDMOS的漏极D为高电位，经R6使T6导通，其
集电极低电位，二极管D4是正与门，由于T5、T6集电极只
有一个高电位，二极管D4截止，T7、T8截止，J不得电，
其常闭触点闭合.使电机受控于T1、T2；另一种情况：
如果
功率开关管已击穿，则VDMOS的漏极D为低电位，经R6使
T5截止，其集电极高电位，二极管D4是正与门，由于T5、
T6集电极都是高电位，二极管D4导通；T7、T8导通，J得
电，其常闭触点断开，使电机失电而达到防飞车保护。
当速度转把不在零速位置时，PWMIC2的①脚是一串正
脉冲，经积分电路R20、C7积分，C7电位升高，D3导通，
T6导通.其集电极低电位，二极管D4是正与门，无论T5集
电极电位是高还是低，二极管D4都截止，T7、T8截止。
J
不得电，其常闭触点使电机得电。
保证了功率开关管VDMOS
正常导通时的漏极D为低电位，电机只要不过流即可控制电
机旋转。
（5）三友SAYOZHD2大功率有刷控制器电路
这款控制器是石家庄地区货运三轮主流控制器之一。
电
路原理方框图及接线图见图8所示。
该电路的特点是：
（1）频率低，约150Hz，因而续流二极管采用了普通整流桥；
（2）没有欠压和过流保护；
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（3）采用了简单的门电路作三角波发生器；
（4）采用5只大功率VDMOS并联，并且采用了简单均衡电路；
（5）速度转把是自制的光电速度把。
该控制器有36V、48V、60V多种规格，主要区别在
功率管部分，电路见图9。
如此简明的控制器，主要损坏元
件就是功率管。
损坏的原因主要是串激电机碳刷接触不良，
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高压击穿功率管；还有堵转造成的过流和过热。
（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
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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VDMO、S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。
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维修重点：
一是VDMO。
S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
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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
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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
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（2）采用单片机的电动车无刷控制器
图11是以89C2051为核心的控制器电路图。
由于
89C2051属低端产品，内部没有PWM和A/D转换，它借助了
三个模拟比较器完成相应工作。
IC8B作为电池欠压检测器，
欠压时，给单片机（13）脚一个低电平；IC8D做过流检测器，
过流时，给单片机⑦脚一个低电平；借助普通I/O口（11）脚
输出，通过积分电路和转把模拟速度信号在IC8A进行比较
后.输入单片机（12）脚，用软件完成PWM控制，然后分三相
六路输出到三个专用驱动芯片IR2103。
由IR2103驱动每相
的上、下VDMOS管。
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单片机通过内部软件完成任务，不同产品的软件差异很
大，写入程序时一般都进行了加密。
市场上销售的单片机是
空白的，内部程序需用专用设备进行烧写。
因此，采用单片
机的各种控制器，普通售后服务作维修只是更换外围元件，
单片机本身损坏，更换工作要依靠原生产厂商进行，或供应
写有程序的单片机。
单片机就是单片微型计算机，它的加入
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可以很容易地增加一些所谓智能功能，例如巡航功能。
巡航
功能就是通过按一下巡航功能按钮，电动自行车就以刚才的
速度继续前进，松开霍尔速度转把也不受影响。
3.其他控制器
（1）未涉及到的无刷控制器
也有不需要位置传感器的无刷控制器，它是通过检测线
圈电动势判断转子位置的。
显然，电机未转动时，它是不能
判断转子位置的，可以等电机转起来再加电，也可以按一定
序列加电，试探出转子位置后，然后正确加电。
（2）未涉及到的开关磁阻电机的控制器
开关磁阻电机是又一种电机，过去在纺织行业有应用，
现在有人研究将它用到电动自行车上，它的控制器类似无刷
控制器。
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