电动车维修技巧第三章电动自行车整车电路.docx

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电动车维修技巧第三章电动自行车整车电路

第三章电动自行车的整车电路

电动自行车整车电路分为基本电路和附属电路，基本电路是电动助力的基础，是完成电动助力不可缺少的电路。

基本电路主要包括以下几部分：

电动机部分、控制器部分、电池盒、充电器等；附属电路包括电源电量指示部分、前照灯、电子喇叭、转向灯、多功能开关、速度显示、助力传感器、闪光器等。

一、基本电路

电动自行车基本电路是电动助力的基础，完成电动自行车电力驱动的最基本所的电路，达到电动自行车电力驱动功能。

1、蓄电池、电动机、控制器、充电器作用：

蓄电池——是电动自行车动力来源，是能源载体，它输出能量用于驱动电动机；

电动机——将蓄电池的化学能转换成机械能，驱动车轮转动；

控制器——在蓄电池和电动机之间，控制蓄电池输出电流、电压，即调整蓄电池输出到电动机的能量多少，进而达到控制电动机转速即车速的目的；

充电器——给蓄电池充电的电器，它将市电转换成低压直流电，并控制其充电电流和电压，将电能充入蓄电池贮存起来。

2、蓄电池、电动机、控制器、充电器相互关系：

蓄电池是电动自行车的核心部件之一，它接受充电器的电能，转化为化学能贮存起来，最终通过电动机将电能转化为机械能输出，并受控制器控制。

充电器是市电与蓄电池联系的设备，充电器质量的好坏直接影响蓄电池的电气性能和使用寿命，必须相互匹配。

控制器控制蓄电池输出的电流、电压，有欠压保护等功能，欠压保护点的高低影响蓄电池的放电深度，因此也影响行驶里程，但是欠压保护点过低会造成蓄电池过放电，损伤蓄电池。

电动机效率的高低影响蓄电池供电电流大小，效率越低电流越大，反之则越小。

二、附属电路是对基本电路功能的补充和完善，可以提高电动自行车的使用性能。

电量指示电路指示蓄电池电压高低，使骑车者知道蓄电池电量多少，掌握骑行距离和充电时间。

电子喇叭提醒行人和其他骑车人注意；前照灯为夜晚道路照明，保证骑行人安全。

速度显示电路指示电池电压高低，作刹车距离参考。

助力传感器把骑行者脚踏速度转换成电信号提供给控制器，作为1：

1助力参考电压，转向灯作转向指示，保证骑行转向安全。

闪光器为转向灯电路附加件，使转向灯闪烁，引起其他人注意，保证转向安全。

使用有刷直流电动机的电动自行车运行平稳，电动机和控制器成本低控制器电路简单，内部功率元件少，故障率低，控制器代换灵活，电动机换向方便，为多数电动自行车厂商采用，在市场占主导地位。

第三节有刷直流电动机控制基本原理

一、脉宽调制电路原理

脉宽调制PWM（PulseWideModuLation）电路是用电子开关通断，对输入电压进行调制，控制输出电压，达到改变电压的目的，使输出电压值为所需值。

PWM原理如图3-3所示。

用开关SW通断输入电压，改变开关接通（ton）和断开（toff）时间之比，从而控制输出压VO。

输出直流电压Vo可用下式表示：

Vo=tonton+toff×Vi=tonT×Vi

式中周期T由振荡器产生的三角波频率决定，ton导通时间与控制信号电压Ui成比例变化。

图3-4（原图）PWM等效电路，图3-5给出工作波形。

在场效应晶体管VT的栅极施加信号电压VG期间VT导通，电子开关闭合，这时输出电压Vo等于输入电压Vi，等效电路如图3-4.b所示，负载电流按照（Vi-V2）与LM确定的变化率增大，图3-4.C是场效应晶体管VT截止的等效电路，输出电压Vo近似力0，负载电流按V2及LM确定的变化率下降。

在VT导通期间，负载电流ILM等于VT漏极电流ID；T截止期间，负载电流IL就是续流二极管VD的电流IVD。

第四节有刷电动机控制器电路结构

电动自行车控制器一般包含以下几部分：

内部电源电路、调速控制信号放大电路、PWM电路、功率场效应晶体管变换输出电路、欠电压保护电路、过电流保护电路等。

1、控制器内部电源电路

控制器内部电源电路提供各电路芯片、外部控制零部件所需要的不同电压，一般用三端稳压集成电路、输出电压可调稳压集成电路以及稳压二极管构成。

常用三端稳压集成电路有7805（78L05）、7806、7812、7815。

它们的输出电压分别为5V、6V、12V和15V等四种。

电动自行车控制器常用的三端可调输出稳压集成电路是LM317，利用电阻对输出电压分压取样，送到稳压集成电路调整端调节输出电压，常用输出电压为12V或15V。

TL431是一并联精密可调稳压电源，利用分压电阻对调整电压进行控制，在电动自行车控制器中常用5V电源稳压。

78××系列三端稳压集成电路如图3-7所示，R为降压限流电阻，C1、C2为滤波电容。

内部电源输出的5V、6V电源主要为调速转把中的霍尔元件提供电源，有的控制器5V电源还为电子闸把中霍尔元件提供电源。

7812、7815输出电压分别为12V、15V，为控制器内部集成电路、驱动电路供电，有的电子闸把中霍尔元件由12V或15V电源供电。

采用LM317三端可调稳压集成电路作为控制器内部电源，如图3-8所示。

输出电压由外接电阻R1、R2决定，输出端（OUT）②脚和调整端（ADJ）③脚之间的电压差为1.25V，即R1两端电压为1.25V，此电路使R1产生几毫安电流。

调整端几乎不取电流，输出电压U0由下式决定：

Uo=R2/R1×1.25V。

D为保护二极管，防止输入端短路而损坏稳压集成电路，R为限流降压电阻，减少LM317的功率损耗。

由TL431提供稳定电压的电路，如图3-9所示。

R3、R4分压决定输出Uo。

取样端R①脚与阳极A

脚之间电压为2.5V，即R4两端电压为2.5V，输出电压

Uo=（1+R3/R4）×2.5V

也有的控制器采用稳压二极管提供稳定电压，如图3-10所示，一般常用稳压二极管VS稳压值为5V、12V或15V，功率为1W。

2、功率场效应晶体管变换电路

电动自行车控制器内功率变换用电子开关采用功率场效应晶体管MOSFET（Metal-Oide–Silicon-FieldEflectTransistor），是单极性电压控制元件，具有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点，特别适合调制电路。

不论有刷电动机控制器还是无刷电动机控制器都采用MOS功率场效应晶体管作电子开关，便于采用PWM。

有刷电动机控制器变换电路如图3-11。

VT1、VT2为互补推换驱动电路，R为防振电阻。

输入阻抗非常高，在栅极很容易感应干扰信号而自激，接入R可以防止MOS场效应晶体管栅极自激。

当VT3栅极G加上开通高电平时，VT3导通，导通电阻很小，相当于电子开关接通，36V电源正极加到电动机一端；而电池负极通过电流取样电阻RS和导通的场效应晶体管VT3加到电动机另一端，则电动机取得36V电压，达到最高转速。

当VT3栅极加上截止信号低电平时，VT3截止，电子开关断开。

此时电动机中电流方向不能突变，续流二极管VD导通，为电动机电流提供泄放途径，防止反电动势击穿场效应晶体管。

3、保护电路

电动自行车控制器保护电路包括欠压保护、过流保护等。

欠压保护电路如图4~2~6。

36V电压通过R1、RW，R2取样，与R3、R4参考电压分压进行比较，当电池电压高于31.5V时比较器无输出信号，输出不影响控制器正常工作；当电池电压低于31.5V时，比较器翻转，输出信号关断场效应晶体管以保护电池和控制器，避免电池过放电，造成蓄电池极板发生硫酸盐化导致电池容量下降，使电池提前报废，防止低压时电动机电流过大而烧坏控制器。

过流保护电路由取样电阻RS、A运算放大器及参考电压分压电阻R1、、R2分压组成，有刷电动机控制器中RS接场效应晶体管源极与地之间。

RS取样电阻一般取值0.01Ω/5W，取值过大则控制器功率消耗过多，输出功率减小；取值过小则起不到取样作用。

当控制器输出电流达到限流值12A（15A）时：

US=IL2Rs=122×0.01=1.44V，此电压经R3电阻送往运算放大器一端。

电阻R1和R2对参考电压UR进行分压，电阻R2上分得的电压为UR2，UR2=UR×R2/（R1+R2），此电压送往运算放大器另一端。

运算放大器对US和UR2进行比较，如果US＞U2运算放大器A输出控制信号，这控制信号使脉宽调制电路PWM输出脉宽变窄，输出电压下降，从而使输出电流IL减小；当电流超过限流值时，运算放大器输出保护信号，使脉宽调制电路PWM停止输出功率。

场效应晶体管关闭，起到保护控制器和畜电池作用。

电动自行车有刷电动机控制器型式有的采用运算放大器构成的控制器，有的采用电压比较器完成PWM脉宽调制电路构成的有刷电动机控制器，有的采用开关电源集成电路组成的有刷电动机控制器，有的采用单片机构成智能型有刷电动机控制器。

下面介绍几种具有代表性的电动自行车有刷电动机控制器，包含了以上几种类型，在分析其他电动自行车有刷电动机控制器时可以参考这些电路工作原理。

第四节千鹤牌电动自行车控制器

千鹤牌电动自行车有刷电动机控制器以开关电源集成电路TL494、功率场效应晶体管75NF75为核心构成有刷电动机控制器，主要包括：

1、内部电源2、光电传感器调速电路3、PWM脉宽调制电路4、驱动电路5、功率输出电路6、过流保护7、欠压保护、刹车断电电路8、电量指示电路9、灯光电路。

下面分别介绍其原理

1、内部电源

内部电源由DW2、R10、U2（7812）、C6、C8、C11等构成36V电源通过DW2降压，R10限流加至U2稳压输出+12V电压作控制电路电源。

C6、C8、C11等是滤波电容。

2、光电传感器调速电路

光电耦合器、10KΩ微调电阻组成调速传感器。

发光管发出恒定的光，其大小通过10K微调电阻调整。

转动手柄，带着钢丝牵动遮光片，改变了光线到达光电三极管的强度，使光电三极管内阻发生变化，通过JP1、R7改变Q1基极电位，从Q1射极输出到TL494

脚，通过TL494控制，从U1

、

脚输出脉冲宽度改变，经Q2、Q7驱动，由Q5输出电路控制电动机转速。

停车时，遮光片全黑处挡住发光管发出的光，光电三极管截止，12V通过R8、DW3稳压使Q1基极置高电平，Q1发射极输出高电平到U1

脚，TL494

、

输出低电平，Q2、Q7、Q5截止，电动机没有电流而停止。

转动调速把，牵动遮光片，到达光电三极管的光强度逐渐增加，光电三极管导通逐渐加深，内阻减小，通过R7使Q1基极电压从最高值逐渐下降，Q1发射极输出到U1

脚电压下降，U1、

、

脚输出脉冲宽度逐渐加宽，通过Q2、Q7、Q5驱动输出，电动机电流逐渐增加，电动机转速逐渐上升；当转把到底时，Q1基极、射极达到最低，TL494

脚电压最低，U1的

、

脚输出脉冲全通始终为高电平，Q2、Q7、Q5全都饱合导通，电动机转速达到最大值。

3、PWM脉宽调制电路

4、

U1

脚输入电压加至内部比较器反相端，锯齿波振荡器产生的锯齿波加至比较器同相端，通过比较器，输出PWM脉冲；锯齿波同时送到触发器，其输出端Q、Q交替输出高电平，PWM脉冲与触发器输出的Q、Q信号混合，从

、

脚输出PWM脉宽调制信号。

当

脚电压高时，比较器反相端电平高于同相端，比较器输出低电平，U1

、

输出低电平。

当

脚电压下降时，比较器反向端电平下降，比较器输出脉冲逐渐加宽，通过U1

、

输出脉冲宽度逐渐加宽。

当

脚电压降到最低时，比较器反相端始终低于同相端，比较器始终输出高电平，U1

、

脚输出端始终为高电平。

5、驱动电路

驱动电路由Q2、Q7、R24等组成，U1

、

输出的PWM脉冲加到Q2、Q7基极，由Q2、Q7互补对管推动输出，通过R14加至Q5栅极。

6、输出电

输出电路由R14、Q5、R16、D3等组成。

PWM脉宽调制信号通过R14加至Q5栅极，控制Q5导通和截止。

R14是栅极电阻，防止Q5栅极自激；Q5为功率场效应晶体管，作电子开关，是电动机控制核心；D3为续流二极管，