电子换向器

发布时间:2019-09-04

无刷电机与有刷电机的根本区 别就在于无刷电机用电子换向器代替 了有刷电机的机械换向器,因而控制 方法也就大不相同,复杂程度明显提 高。在无刷 电机控制器中,用 6 个功率 MOSFET 管组成电子换向器,其结构如 图 2 所示。图中 MOSFET 管 VT1、VT4 构 成无刷电机 A 相绕组的桥臂,VT3、VT6 构成无刷电机 B 相绕组 的桥臂,VT5、 VT2 构成无刷电机 C 相绕组的桥臂,在 任何情况,同一桥臂的上下两管 不能 同时导通,否则要烧坏管子。

1.6只功率 MOSFET 管按一定要求顺 次导通,就可实现无刷电机 A、B、C 三 相绕组的轮 流通电,完成换相要求, 电机正常运转。 在电动车无刷电机控制器中,这 6 只功率管 有二二通电方式和三三通电 方式的运用, 二二通电方式即每一瞬 间有两只功率管同时 通电,三三通电 方式即每一瞬间有三只功率管同时通 电。对于二二通电方式,功率管 须按 VT1、VT2;VT2、VT3;VT3、VT4; VT4、VT5;VT5、VT6;VT6、VT1; VT1、VT2 的通电顺序,电机才能 正常运转。对于三三通电方式,功率 管须按 VT1、VT2、VT3; VT2、VT3、 VT4;VT3、VT4、VT5;VT4、VT5、 VT6;VT5、VT6、VT1;VT6、 VT1、 VT2; VT1、VT2 、VT3的次序通 电,电机才能正常运转。

2. 功率管前级驱动电路功率管前级驱动电路用来驱动 电子换向器的6个 MOSFET 管,由于 6 个 MOSFET 管组成 了 3 个相同的桥臂, 对这3个相同的桥臂 的驱动电路是相同的,因而功率 管前 级驱动电路是由3 组相同结构的电路组 成,3 所示的是一典型的功率管前级 驱图动电路,对于一无刷控制器,有3个 这样的电路,分别驱动 3 个桥臂。

3. 单片机主控电路
单片机主控电路是无刷电机控制 器的核心部分,电机的霍尔信号、转 把信号、过流检 测信号、刹车信号等 都直接输入给单片机,由单片机进行 处理,并由单片机输出电子 换向器三 个桥臂的前级驱动信号, 以控制电机 的运转, 因而单片机主控电路是无刷 电 机控制器的心脏部分。 单片机 PIC16F72 是目前电动车无 刷电机控制器的主流控制芯 片,决定输出驱动信号的脉宽,从而 决定电机的转速。目前市面上电动车 的转把输出信号 电压一般在 1~4.2V, 它内部是由一个线性霍尔元件和一个磁 体组成,转动转把、磁体移动,霍尔元 件感应 变化的磁场而输出变化的电压。
4. 限速电路
限速电路是通过分压电阻,减小 送入单片机的转把最高电压信号,从 而限制了速度。 中把 SPLIMT 端接 地,则 R67 与 R68 即组成分压电路,降 低转把信号(SPSIG) 送入单片机的 5 脚的电压,从而限制了电动车的最高 转速。
5. 霍尔信号检测电路
电阻 R31~R36、电容 C16~C18 组成霍尔信号检测输入电 路,电阻 R34~R36 形成上拉电位,电 容 C16~C18 起滤波作用,抑制干扰信 号。单片机的 15、16、17 脚 分别检测 来自电机内的三路霍尔位置信号,以 决定换相时刻。
6.欠压检测电路
元件 R70、R71、R72、 C23 组成电池电压检测电路,检测值送 入单片机的 3 脚,当该脚检测值低于某 一数值时,可强迫无刷电机控制器不 工作,从而起到保护电 池的作用。
8. 电源电路 在无刷电机控制器中,一般需两组 电源,一个是 14V 电源供功率 MOSFET 驱 动用,另 一个是 5V 电源,供单片机、电 机霍尔、转把霍尔等电路用。14V 电源 一般由 LM317 调整管得到,5V 电源一般 由 78L05 得到。
9. 限流过流保护电路
限流保护是控制无刷电机控制器 在某一最大限定电流值下工作,对于 36V 控制器,限 流值一般在 14±1A,对 于 48V 控制器限流值一般在 17±1A。限 流保护其实又是过载 保护,当上坡、 载重必然引起负载加重、电流增大, 但电流增大的极限就是限流值。