36V通用型電動(dòng)車(chē)無(wú)刷控制器電路剖析
一、概述
電動(dòng)‘車(chē)無(wú)刷控制器不僅控制無(wú)刷電機 啟動(dòng)運轉和調速，還要向其提供三相互為 1200的交流脈沖作為驅動(dòng)電源。雖然無(wú)刷控 制器電路較多，但組成基本一致，主要由穩 壓電源、信號處理芯片、驅動(dòng)電路，以及3組• 大功率MOS管組成，如圖1所示。穩壓電 源將+36V或48V電壓穩壓成+15V、+5V或 其他低壓，作為控制器中各Ic的工作電壓； 信號處理芯片根據轉把及閘把信號，輸出相 應的上三路和下三路MOS管驅動(dòng)信號；驅 動(dòng)電路則將驅動(dòng)信號整形放大，以保證大功 率MoS管深度導通與截止。
無(wú)刷控制器的電路主要有兩大類(lèi)：一是 以摩托羅拉專(zhuān)用集成電路MC3303x系列為 主組成；二是用MCU單片作主芯片，通過(guò) 編程來(lái)滿(mǎn)足需要。目前．市場(chǎng)產(chǎn)品以前者為 主。下面以一款36V通用型電動(dòng)車(chē)無(wú)刷控 制器為例進(jìn)行介紹。該控制器實(shí)物如圖2所 示．實(shí)繪電路及實(shí)測數據見(jiàn)本書(shū)第357頁(yè)。
二、電路分析 +
1．穩壓電路 該控制器的穩壓電路如圖3所示(圖中 元件位號為自編號)。其電路較簡(jiǎn)單，采用電 阻降壓、穩壓二極管穩壓，此方式已被越來(lái) 越多的無(wú)刷控制器所采用。 由于該控制器采用了無(wú)刷電機專(zhuān)用控 制芯片MC33035，加之驅動(dòng)電路供電由 NE555升壓后供給，所以對穩壓電源的輸出 功率要求較低，采用穩壓二極管穩壓即能滿(mǎn) 足需求。 電池電壓+36V一路經(jīng)R1降壓‘、．c1濾 波后得到約+14．4V電壓，為MC33035DW 及過(guò)流、欠壓檢測IC(LM358)供電；另一路 經(jīng)R．2、I)4、C2穩壓至6．5V，為轉把及霍爾 供電(此電壓在控制器所附的接線(xiàn)說(shuō)明圖中 標注為5V，但實(shí)測為6．5V)。另外，此電源中 31．6V的取法較特殊，利用穩壓二極管D3 的穩壓特性，將R3和D4上的電壓穩壓 為+31．6V，作為NE555的供電電源。圖中 D1為防反接二極管，防止因電池正負極連 接錯誤損壞電路。 值得一提的是，該電路中的穩壓二極管 的型號標注分別為4744．、4743、4735，其實(shí)測 穩壓值分別為14．4V、12．2V、6．5V。此類(lèi)穩壓 二極管標注不同于常規標法，難以通過(guò)型號 得知其穩壓值。實(shí)修中，可換用相同或相近 穩壓值的穩壓二極管，但功率應不小于1W。
說(shuō)明：圖3中所標電壓為外加+33．2V 直流電源時(shí)的實(shí)測值．下同。
2．升壓電路 ’
在講升壓電路之前，有必要說(shuō)明為何要 設升壓電路。由于新型無(wú)刷控制器的橋式功 率管(上管及下管)無(wú)一例外地使用了大功 率的N溝道MOS管(即NMOS管)，而 NMOS管的深度導通條件是G、S極間電壓 應大于10V。從上管與下管的連接關(guān)系可 知．當上管導通后，其S極電壓等于電源電 壓。此時(shí)，若要使上管深度導通，則需在其G 極加上高于電源電壓10V的電壓。為此，電 路中應設有升壓電路或自舉電路，以保證加 在上管G極的電壓高于電源電壓10V以上。
本控制器的升壓電路以NE555為核心 組成，電路如圖4所示。
這里用時(shí)基電路NE555構成振蕩器。 圖中C14為振蕩電容，R1 5為放電電阻， Ikl4與R15串聯(lián)為充電電阻。 加電瞬問(wèn)，+31．6V電壓一路經(jīng)R14、 R15給C14充電；另一路經(jīng)D6、D5給C12 I充電。當NE555①腳電壓升至約20V時(shí)，以 I NE555為核心構成的無(wú)穩態(tài)振蕩器：【作，③ l-輸出脈沖．在輸出為低電平期間，+31．6V I電壓經(jīng)D6給c3充電，c3右端電位高于左 I端．當c3兩端電位差約15V時(shí)，NE555③ I膏輸出高電平，c3左端電位為+31．6V。此 I；{I}，C3右端電位約為31．5V+1 5V，D6截止， i D5導通，C12 f二端電壓很快升至46．5v。 。 升壓電壓輸出的+46．5V電壓用于驅動(dòng)三相 橋式功率開(kāi)關(guān)管的上管c •
3．信號處理電路
該控制器的信號處理電路如圖5所示。 電路采用高性能第二代單片無(wú)刷電機控制 芯片MC33035。該IC內含正確整流時(shí)序的 轉子位置譯碼器，頻率可編程的鋸齒波振蕩 器及誤差信號放大器等電路，并具有欠壓鎖 定、過(guò)流／過(guò)熱關(guān)斷等功能。
提示：MC33033、MC33034、MC33035等 為系列同類(lèi)產(chǎn)品，MC33034在國外應用 普遍，國內則較多地采用MC33035，它們的 功能和組成大同小異，只是MC33034簡(jiǎn)化 了MC33035中部分輔助功能引腳，并采用 雙列DS0-20腳塑封。 (1)關(guān)鍵引腳介紹 接通電源后，MC33035∞腳為A、B、 C相位置傳感器輸入，IC內部電路根據此 三腳電平的高低，譯碼輸出正確時(shí)序的A、 B、c上下驅動(dòng)信號，分別從②、⑨、①、⑩、 @、⑩腳輸出。 ’
MC33035⑧腳為參考電壓輸出端，其電 壓值為6．25V。該電壓一方面作為MC33035 ⑩腳外接振蕩定時(shí)電容的充電電源，另一方 面作為L(cháng)M358的②、⑤腳的基準電壓。
MC33035的⑧腳為內部誤差信號放大 ‘器反相輸入端，其電位高低將決定A、B、C 輸出脈沖的占空比，即電機的轉速。此腳外 接剎車(chē)把和調速把。剎車(chē)時(shí)，剎車(chē)藍線(xiàn)與地 線(xiàn)短接，MCl 13035的⑩腳電壓被拉低至 0V，無(wú)驅動(dòng)脈沖輸出；調速時(shí)，轉把的調速 電壓(TS)經(jīng)R6加到MC33035的⑨腳。轉 。動(dòng)調速把，TS電壓不同，MC33035將據此 輸出不同占空比的脈沖，達到調速的目的。 MC33035的④腳為600／1200相角無(wú)刷 電機控制選擇端。高電平時(shí)控制600電機，低 電平時(shí)控制1200電機。在更換控制器時(shí)，無(wú) 刷控制器相角必須和無(wú)刷電機相角一致，否 則電機不會(huì )轉動(dòng)。
MC33035的④腳為輸出使能端，低電 平時(shí)允許電機運行，高電平時(shí)電機停止運 行。部分控制器該腳外接剎車(chē)信號，將此腳 作為剎車(chē)控制端。 ＼ (2)過(guò)流及欠壓保護
MC33035⑦腳為輸出使能端，高電平時(shí) 電機轉動(dòng)。LM358@腳外接由康銅絲做成的 O．01fl過(guò)流檢測電阻。橋式功率驅動(dòng)電路的 工作電流在此電阻上形成的電壓作為過(guò)流 檢測信號，從LM358@腳輸入，作為反相輸 人信號，而⑧腳的同相輸入信號由 MC33035⑧腳輸出的基準電壓經(jīng)R3、R4分 壓所得。正常工作時(shí)，⑤腳電壓高于⑥腳電 壓，LM358⑦腳輸出高電平，D2截止，不拉 低MC33035⑦腳電壓；若輸出過(guò)流時(shí)， rM358@腳電壓將高于⑤腳電壓，LM358(D 腳輸出低電平，D2導通，使MC33035@腳 也是低電平，電機停轉，達到過(guò)流保護的目 的。
電池電壓經(jīng)R1、R2分壓后加到LM358 ③腳，作為同相輸入信號，MC33035⑧腳輸 出的6．25V基準電壓直接加到LM358的② 腳，作為反相輸入信號。電池電壓為36V時(shí)， LM358⑧腳電壓約7．2V，高于②腳電壓， LM358④腳輸出高電平，D4截止，不影響 MC33035的工作狀態(tài)；當電池電壓下降至 31 V時(shí)，LM358⑧腳電壓將低于6．25V， LM358q)腳輸出低電平，D4導通，MC33035 的@腳電壓降至近0V，電機停轉，以防止蓄 電池過(guò)度放電o 4．后級驅動(dòng)電路 無(wú)刷電機控制器設有A、B、C三組驅動(dòng) 電路，其電路連接關(guān)系相同。下面以A相驅 動(dòng)為例加以介紹。
A相驅動(dòng)電路如圖6所示。圖中Q2、 R19、R16、穩壓管D7組成電子開(kāi)關(guān)電路。 以NE555為核心的升壓電路輸出的+46V 電壓加到Q2的發(fā)射極。當MC33035@腳輸 出低電平時(shí)，在I)7的穩壓作用下，D7負端 電壓為31V，Q2導通，+46V電壓經(jīng)Q2e-c 結、R18加至A相驅動(dòng)上管的G極，使此管 深度導通；當MC33035②腳輸出高電平時(shí)． 等效于懸空狀態(tài)，D7負端電壓等于+46V，Q2 截止．A相上端管因無(wú)GS偏壓而截止。
一旦電子開(kāi)關(guān)Q2由導通變成截止， Q2 C極電壓降至0V，Q1由截止轉為導通， 迅速釋放驅動(dòng)上管導通時(shí)G—S極間電容所 儲存的電荷，使上管迅速可靠地截止。
當MC33035的⑧腳輸出高電平時(shí)，A 組驅動(dòng)下管導通。同樣，Q3作用是為了泄放 下管導通時(shí)G-S極間的儲存電荷，使下管 迅速可靠地截止。
需要說(shuō)明的是，A、B、C三相驅動(dòng)的六 只驅動(dòng)管中，某一時(shí)刻只能有兩只導通，并 且同組中的兩只不可能同時(shí)導通。這六只管 子的導通時(shí)序由MC33035根據輸入的霍爾 信號及無(wú)刷電機相角決定。
關(guān)注貨叉叉