电动车充电器故障分析与检修充电器主要的作用是为蓄电池补充电能。它性能的好坏不仅决定充电时间的长短，而且还决定蓄电池的使用寿命。因此，它被称为电动自行车电气系统的“四大件”之一，典型的充电器如图13-1所示。  图13-1 常见充电器实物外形示意图 一、UC3842+LM324构成的充电器 由电源控制芯片UC3842和四运算放大器LM324构成的充电器应用的比较广泛。其中，UC3842和相关元件构成了功率变换器部分，LM324和相关元件构成了电压检测和控制部分。下面以图13-2所示的南京西普尔SP362型充电器为例进行介绍。 1.市电滤波及变换 该充电器通上市电电压后，市电电压经2A保险管F1和负温度系数热敏电阻RT1送到差模电容C1、C2和互感线圈LE1组成的滤波电路滤除市电电网中的高频干扰脉冲后，通过D1～D4组成的桥式整流堆整流，在滤波电容C3两端建立300V左右的直流电压。300V电压不仅通过开关变压器T1的初级绕组(N1绕组)加到开关管V1的 极为它供电;另一路经启动电阻R5对电源控制芯片IC1(UC3842)供电端[7]脚外接的滤波电容C10充电。 2.功率变换 当C10两端电压达到16V时IC1内部的启动电路开始工作，由基准电压发生器产生的5V电压不仅为内部的振荡器等电路供电，而且从[8]脚输出。该5V电压经C5滤波后通过定时元件R9、C6和[4]脚内的振荡器通过振荡在C6两端产生锯齿波脉冲电压，于是振荡器输出矩形振荡脉冲。该脉冲作为触发信号控制PWM调制器(RS触发器)产生矩形激励脉冲，再经推挽放大器放大后得到开关管激励脉冲信号，从IC1的[6]脚输出。当开关管激励脉冲为高电平时，通过R4驱动开关管V1导通，300V电压经T1的N1绕组、VI的D/S极和R6到地构成回路，回路中的电流在绕组N1上产生上正、下负的电动势，此时T1的N2、N3、N4绕组所接的整流管反偏截止，能量被存储在T1内部。同时导通电流在R6两端产生取样压降，并通过R7和C7积分后加到IC1的[3]脚。当IC1的[3]脚输入的电压达到1V，被IC1内部的PWM电路处理后，IC1的[6]脚输出的激励脉冲变为低电平，使V1迅速截止。V1截止后，流过T1初级绕组的导通电流消失，T1初级绕组产生反相的电动势，于是T1的次级绕组产生反相的脉冲电压，经整流滤波后产生直流电压为相应的负载供电。  图13-2 西普尔SP362型充电器电路 N3绕组输出的脉冲电压通过D6整流，C10滤波获得的电压不仅取代启动电路为IC1供电，而且为光电耦合器PC1内的光敏管供电。N2绕组输出的脉冲电压经D7、D8整流，C16滤波产生的直流电压第一路通过防止反向充电的隔离二极管D11为蓄电池充电;第二路通过R15～R18取样后加到误差放大器IC2的取样端。N4绕组输出的脉冲电压通过D10整流，C12滤波后第一路通过R13加到光电耦合器PC1的[1]脚，为它内部的发光管供电;第二路为芯片LM324供电;第三路通过R23限流，通过稳压管产生5V基准电压。该电压第一路加到IC3A[3]脚，为它提供参考信号;第二路经R42限流加到A点。 3.稳压控制 该开关电源的稳压控制电路由电源控制芯片IC1、光电耦合器PC1、三端误差放大器IC2和误差取样电路构成。由于误差取样电路是对开关电源输出端的电压进行取样，所以误差取样方式属于直接取样方式。 当市电电压降低或负载较重引起开关电源输出电压下降时，滤波电容C12两端降低的电压使PC1[1]脚输入的电压下降。同时C16两端下降的电压通过R15～R18取样后，为IC2提供的取样电压低于2.5V。该电压由IC2内的误差放大器放大后，使PC1的[2]脚电位升高，于是PC1内的发光管因导通电流减小而发光变弱，而光敏管因受光变弱而导通程度下降，使PC1[4]脚输出的电压减小。该电压通过R11为IC1[2]脚提供的误差电压变小，经IC1内的误差放大器放大后，为IC1内的电流比较器反相输入端提供的电压增大。该电压与同相输入端的电压比较后，使IC1[6]脚输出的激励脉冲占空比增大，使得开关管V1导通时间延长，开关变压器T1存储的能量增大，开关电源输出电压升高到正常值，实现稳压控制。开关电源输出电压升高时，控制过程相反。 4.充电、显示控制 该充电器的充电、显示控制电路由四运算放大器LM324(IC3)、取样电阻R20、复合发光管LED2等元件构成。其中R20是电流取样电阻，它串联在蓄电池的充电回路中，充电期间会在R20两端产生的下正、上负的压降。这个压降通过R28、R29送到A点，同时5V电压经R42限流也加到A点，A点电压通过R32加到IC3D的反相输入端[13]脚。 使用过的蓄电池因能量释放而使电压不足，导致开关电源的负载较重，在稳压控制电路的控制下，开关管V1导通时间较长，充电电流较大，为蓄电池快速充电。同时，较大的充电电流在R20两端建立的压降较高，使A点电压为负压，该电压通过R32为IC3D的[13]脚提供负电压，因IC3D的同相输入端[12]脚接地为0V，所以IC3D的输出端[14]脚输出高电平电压。该电压一路通过R34限流使LED2内的红色发光管发光，表明充电器在快速充电;另一路使IC3A[2]脚电位高于它[3]脚输入的参考电压，于是IC3A的输出端[1]脚输出低电平控制电压。该控制电压一方面使D14截止，不影响开关电源的工作状态;另一方面使LED2内的绿色发光管因无供电不能发光。 在恒流充电阶段，随着蓄电池两端电压不断升高，充电电流逐步减小，开关电源在稳压控制电路的作用下，为蓄电池提供稳定的44.5V充电电压，充电器工作在恒压充电阶段。虽然此时充电电流较小，但在R20两端产生的压降仍然使IC3D的[13]脚电位低于[12]脚电位，确保红色发光管发光。 在恒压充电阶段，随着蓄电池两端电压不断增加，充电电流进一步减小。当电流减小到转折电流后，在R20两端产生的压降减小到使A点电压变为正压，致使IC3D的[13]脚电位变为正电压，于是IC3D的[14]脚输出低电平电压。该电压一路通过R34使LED2内的红色发光管因导通电压消失而熄灭;另一路使IC3A[2]脚电位低于它[3]脚输入的参考电压，于是IC3A的[1]脚输出高电平控制电压。该电压不仅通过R35限流使LED2内的绿色发光管发光，表明蓄电池进入涓流充电状态，而且使D15截止，于是5V电压通过R40、R41加到三端误差放大器IC2的取样电压输入端，使IC2输入的取样电压升高。该电压经IC2内的误差放大器放大后使PC1的[2]脚电位下降，PC1内的发光管因导通电流增大而发光加强，于是PC1内的光敏管导通加强，PC1的[4]脚输出电压升高。该电压通过R11加到电源控制芯片IC1的[2]脚后，被IC1内的误差放大器、PWM调制器处理后，使开关管V1导通时间缩短，开关电源输出电压下降，C16两端电压下降到42.5V，为蓄电池提供涓流充电的低电压。 5.保护 (1)尖峰脉冲吸收 为了防止开关管V1在截止瞬间被过高的电压击穿，电路中设置了由C15、R21、C4、D5、R1组成的尖峰脉冲吸收回路对过高的尖峰脉冲进行吸收，确保V1不被过高的尖峰脉冲击穿。 (2)开关管过流保护 当蓄电池或D7、D8、D10、C12、C16击穿等原因引起开关管V1过流，导致R6两端产生的取样电压升高时，该电压通过R7为IC1[3]脚提供的电压达到1V后，切断IC1[6]脚输出的激励脉冲，使V1截止，避免了V1过流损坏，实现开关管过流保护。 (3)欠压保护 当控制芯片的供电电压过低时，可能会引起芯片内的振荡器、推挽放大电路等电路工作异常，使芯片输出的开关管激励电压失真，容易导致开关管因功耗大(开启损耗大)而损坏。为此，需要设置欠压保护电路。 若启动电阻R5或IC1的[7]脚外电路异常，导致启动期间电路为IC1[7]脚提供的电压低于16V时，芯片内的启动/关闭控制电路输出关闭信号，IC1不能启动;当完成启动后，若D6、R2、C10异常，导致为IC1提供工作电压(通常称该电压为自馈电电压)低于10V时，启动/关闭控制电路再次输出低电平信号，使5V基准电压消失，IC1停止工作，实现欠压保护。因该保护电路未采用闭锁技术，所以保护动作后启动电压再次达到16V后IC1仍会启动。 (4)软启动控制 该电源为了防止开机瞬间，开关管V1过激励损坏，设置了由误差放大器IC2、C11等元件构成的软启动控制电路。 C11是软启动控制电容。开机瞬间因C11两端电压为0，所以它充电使IC2的取样端输入的电压由高逐渐降低到正常，IC2的输出端电压由低逐渐升高到正常，致使光电耦合器PC1[4]脚输出的电压也由高逐渐到正常，被IC1内部的误差放大器、PWM电路处理后，使ZC1的[6]脚输出的激励脉冲占空比由小逐渐增大到正常，避免了开关管V1在开机瞬间过激励损坏，实现软启动控制。 6.常见故障检修 (1)充电器无电压输出 充电器无电压输出，说明充电器未输入市电或开关电源未工作，该故障检修流程如图13-3所示。  图13-3 充电器无电压输出故障检修流程 方法与技巧 当电源控制芯片IC1(UC3842)供电端[7]脚的启动电压异常时，可在路测IC1[7]脚对地电阻的阻值，若阻值过小，说明C10、D5或IC1的[7]脚内部电路对地短路或漏电;若[7]脚对地阻值正常，检查启动电阻R5是否开路或阻值增大。当IC1供电端[7]脚的电压达到32V，或IC1的[7]脚有16V的启动电压，而它的[8]脚没有5V电压输出，都说明IC1损坏。 注意 开关电源未工作时，滤波电容C3会在切断电源后仍存储一段时间的高电压，检修时需对该电容放电，以免发生危险。 开关管V1损坏后，必须检查R6、R7、R4是否被连带损坏。为了防止更换的开关管再次击穿，必须检查三方面电路：一是由R1、D5、C4、C15、R21组成的尖峰脉冲吸收回路的元件;二是电源控制芯片UC3842是否损坏;三是必须检查稳压控制电路。稳压控制电路的检修见输出电压高部分。 (2)充电器输出电压过高 充电器输出电压过高，说明充电器内的稳压控制电路异常，该故障检修流程如图13-4所示。  图13-4 充电器输出电压过高故障检修流程 提示 输出电压高不仅会缩短蓄电池的使用寿命，而且容易导致充电器内部的开关管V1击穿，或滤波电容C12、C16击穿(有时会炸裂)等故障。 (3)充电器输出电压低 充电器输出电压低，说明稳压控制电路、负载电路、自馈电电路、充电控制电路异常，该故障检修流程如图13-5所示。  图13-5 充电器输出电压低故障检修流程 提示 输出电压低的同时开关变压器T1多会发出高频“吱吱”叫声。怀疑三端误差放大器IC2、光电耦合器PC1异常时，也可采用代换法进行判断。另外，充电控制电路异常还会产生充电状态不能正常转换的故障。 二、TL494+HA17358构成的充电器 由电源控制芯片TL494和双运算放大器HA17358为核心构成的普通型充电器应用的较多，其中，TL494和相关元件构成了功率变换器部分，HA17358和相关元件构成了电压检测和控制部分。下面以路邦电动自行车采用的BMCH-36型智能充电器为例进行介绍。电路如图13-6所示。 1.市电滤波及变换 该充电器通上市电电压后，市电电压经保险管FU送到由差模电容C20、C4和互感线圈T1组成的线路滤波器滤除市电电网中的高频干扰脉冲，再通过D1～D4组成的整流堆桥式整流，由C15滤波，在C15两端建立310V左右的直流电压。市电输入回路的PT是负温度系数热敏电阻，它可在开机瞬间限制C15因充电产生的冲击大电流。 2.功率变换器 该变换器采用了自激启动、他激工作方式。自激式启动电路由开关管V1、V2和电阻R30～R33，以及变压器T2和T3等元件组成，他激工作方式由PWM控制芯片TL494和相关元件构成。由于TL494的[13]脚接5V电压，所以TL494的输出方式被设置为双端输出方式。 接通电源瞬间，由市电变换电路产生的310V电压不仅加到V1的c极，而且通过启动电阻R32和限流电阻R33限流后加到V1的b极使它导通。V1导通后，310V电压通过V1的c、e极、激励变压器T2的[2]-[4]绕组、开关变压器T3的[1]-[2]绕组、C17到地构成回路。回路中的电流在T3的初级绕组上产生[2]脚正、[1]脚负的电动势，在T2的[2]-[4]绕组上产生[2]脚正、[4]脚负的电动势，于是T2的[1]-[2]绕组产生[1]脚正、[2]脚负的感应电动势，它的[3]-[5]绕组产生[3]脚正、[5]脚负的电动势。[3]-[5]绕组的电动势使开关管V2截止，[1]-[2]绕组输出的电动势通过C14、R33反馈到V1的b极，使V1迅速进入饱和状态，流过T3的[1]-[2]绕组的电流线性增大，磁感应强度随之增大。当磁感应强度增大到饱和点时，电流急剧下降，由于电感中的电流不能突变，所以T2和T3各个绕组产生反向(相)电动势。T2的[1]-[2]绕组产生的反相电动势使V1迅速截止，而[3]-[5]绕组产生的反相电动势通过C13和R31使V2导通。此时，C17两端电压通过T3的[1]-[2]绕组和T2的[2]-[4]绕组、V2的c、e极到地构成回路。该回路中的导通电流使T3的[1]-[2]绕组产生[1]脚正、[2]脚负的电动势，T2的[2]-[4]绕组产生[4]脚正、[2]脚负的电动势，随后V2截止，使T2、T3各个绕组再次产生反相的电动势，于是使V1再次导通。重复以上过程V1和V2工作在自激振荡状态。该电源进入自激状态后，T3的次级绕组输出的脉冲电压经D9和D10全波整流，C17滤波产生直流电压。 C17两端产生的电压加到电源控制芯片TL494(IC1)供电端[12]脚，通过基准电源形成5V电压，该电压不仅为IC1内部的触发器、比较器、误差放大器、振荡器等电路供电，而且从[14]脚输出，为充电控制电路提供参考电压。振荡器获得供电后，与[5]脚、[6]脚外接的定时元件C10、R20通过振荡产生锯齿波脉冲电压。该锯齿波脉冲电压作为触发信号，控制PWM比较器产生矩形激励脉冲，再经RS触发器产生两个极性相反、对称的激励信号，通过驱动电路放大后从IC1的[8]脚和[11]脚输出。从IC1[8]脚和[11]脚输出的激励脉冲通过V4和V3放大后，再经T2耦合，驱动开关管V1和V2交替导通，从而使开关管进入他激式工作状态。开关电源进入稳定的他激式工作状态后，T3次级绕组输出的脉冲电压通过全波整流，在C1和C17两端分别产生稳定的44.5V和24V左右的直流电压。其中，44.5V直流电压通过防反向充电的隔离二极管D16不仅为蓄电池充电，而且为误差放大器提供取样电压。而24V电压第一路为TL494供电;第二路为充电、显示控制电路供电;第三路通过R9限流使发光管LED2发光，表明充电器已工作。  图13-6 BMCH-36型智能充电器电路 V1～V4的c、e极两端并联的D19、D18、D14、D13是阻尼二极管，以保护V1～V4不被过高的反向电压击穿;D11和D12组成温度补偿电路，以免过高的温度影响V3、V4的工作状态，最终给V1和V2带来危害;T3初级绕组上并联的C3和R1用作阻尼，以免T3进入自激振荡状态。D20、R35和D17、R28构成C14和C13钳位电路，并且在开关管截止期间为C14和C13提供快速放电回路，以便C14和C13在下个振荡周期继续为开关管提供激励回路。 3.稳压控制 该开关电源的稳压控制电路由电源控制芯片TL494(IC1)[1]、[2]脚内的误差放大器1、误差取样电路构成。由于取样电路对C1两端电压进行取样，所以该误差取样方式属于直接取样方式。 当市电电压降低或负载较重引起D16负极电压下降时，该电压通过R10、R11取样后的电压下降，IC1的[1]脚电位下降，即误差放大器1同相输入端电压下降。而反相输入端通过[2]脚接参考电压，两者比较后使误差放大器1输出低电平控制信号，该信号通过PWM比较器和RS触发器处理后，使IC1[8]脚、[11]脚输出的激励脉冲占空比增大，开关管V1和V2导通时间延长，开关变压器T3存储的能量增大，开关电源输出电压升高到正常值，实现稳压控制。开关电源输出电压升高时，控制过程相反。IC1[2]脚输入的参考电压由[14]脚输出的基准电压通过电阻分压获得。 该开关电源输出电压还受温度开关ANb的控制。在冬季按下ANb开关，分压电阻R5、R6接入电路，使IC1的[1]脚输入的电压下降，致使IC1[8]、[11]脚输出的激励脉冲占空比增大，开关管导通时间延长，开关电源输出电压升高，D16负极电压在空载时为51V。在夏季断开ANb开关，R5、R6脱离电路，使IC1的[1]脚输入的电压升高，致使IC1[8]、[11]脚输出的激励脉冲占空比相对减小，开关管导通时间缩短，开关电源输出电压降低，D16负极电压在空载时为44.5V。 提示 若冬季在室内充电也最好采用低压方式，这样可延长蓄电池的使用寿命。而在夏季千万不可使用高电压挡充电，以免蓄电池被充坏(鼓包)。 4.充电、显示控制 该充电器的充电、显示控制电路由TL494(IC1)内的误差放大器1、误差放大器2和HA17358(IC2)、取样电阻R29、双色发光管LED1等元件构成。其中R29是电流取样电阻，它串联在开关变压器T3的次级绕组和地之间，充电期间会在R29两端产生的下正、上负的压降。这个压降不仅通过R8、R***加到IC2的反相输入端[6]脚，而且通过R26、R25加到IC1的[15]脚，同时IC1[14]脚输出的5V电压经电阻限流后也加到IC1的[15]脚。 释放能量后的蓄电池两端电压下降，这样它在充电初期会使开关电源的负载较重，在稳压控制电路的作用下开关管导通时间较长，充电电流较大，为蓄电池快速充电。同时，较大的充电电流在R29两端建立的压降(负压)较高，该电压一方面使IC1的[15]脚输入微弱的负电压，致使IC1内的误差放大器2输出高电平的控制信号，通过PWM电路将IC1的[8]脚和[11]脚输出的激励脉冲占空比限制在一定范围内，避免开关管过流损坏;另一方面因IC2的[5]脚接地，电压恒定为0V，[6]脚电压为负压，所以IC2的[7]脚输出高电平控制电压。该电压不仅通过R1限流，使双色发光管LED1内的红色发光管发光，表明充电器工作在恒流充电状态，而且通过R6使V5导通，LED1内的绿色发光管因无供电不能发光。 随着恒流充电状态的不断进行，蓄电池两端电压逐渐升高，充电电流减小，在R29两端产生的压降使IC1[15]脚电位从负压变为0V，IC1内的误差放大器2不影响开关电源的工作状态，但该压降仍会使充电指示灯LED1发光为红色，此时开关电源输出的电压在稳压控制电路作用下升高并保持稳定，D16负极电压恒定为44.5V(夏季)或51V(冬季)，充电器进入恒压充电阶段。 在恒压充电阶段随着蓄电池两端电压不断增加，充电电流进一步减小。当电流减小到转折电流后，在R29两端产生的压降减小，于是IC1的[14]脚输出的5V电压通过91k电阻使IC2[6]脚输入的电压超过0V，IC2的[7]脚输出低电平控制电压。该电压一路使LED1内的红色发光管因无导通电压而熄灭，表明快速充电结束;另一路使V5截止，V5的c极上电压通过电阻限流使LED1内的绿色发光管发光，表明蓄电池已充足电。 5.保护 (1)过流保护 当蓄电池或C1、C17、整流管等元件异常使R29两端的负压过大时，通过R26、R25使IC1(TL494)[15]脚输入的负压过大。该负压被IC1内部电路处理后，使IC1的[8]、[11]脚不能输出激励脉冲，开关管停止工作，避免了开关管因过流损坏。 (2)软启动电路 TL494[4]脚外接的C16是软启动控制电容。开机瞬间因C16两端电压为0，所以TL494[14]脚输出的5V基准电压通过C16和R19构成充电回路，在R19两端建立一个由高到低的电压。该电压通过TL494的[4]脚输入，通过比较器处理后使[8]脚和[11]脚输出的激励脉冲占空比由小逐渐增大到正常，避免了开关管在开机瞬间过激励损坏，实现软启动控制。 (3)欠压保护 TL494供电端[12]脚输入的电压低于7V时，它内部的欠压保护电路动作，使TL494停止工作，实现欠压保护。 6.常见故障检修 (1)开关电源不能启动 开关电源不能启动，说明市电变换电路、自激式振荡器异常，该故障检修流程如图13-7所示。 注意 开关管V1、V2损坏后，必须检查TL494、激励变压器T2所接的元件是否正常，以免再次损坏。  图13-7 开关电源不能启动故障检修流程 (2)开关电源能启动，但不能进入他激式工作状态 开关电源能启动，但不能进入他激式工作状态，说明电源控制芯片TL494未工作或驱动电路异常，该故障的检修流程如图13-8所示。  图13-8 开关电源能启动，但不能进入他激式工作状态故障检修流程 (3)开关电源输出电压低 开关电源输出电压低，说明蓄电池、开关电源异常，该故障检修流程如图13-9所示。  图13-9 开关电源输出电压低的故障检修流程 电动车控制器故障分析与检修控制器全称是电机驱动控制器，它的作用就是驱动电机旋转。它的性能好坏直接影响电动车的性能，所以它也被称为电动自行车电气系统的“四大件”之一，典型的控制器如图13-10所示。  图13-10 常见控制器实物外形示意图 一、有刷电机控制器 电机控制芯片ST926401Y、时基芯片NE555、双电压比较器LM393构成的有刷电机控制器的控制电路，如图13-11所示。其中，ST926401Y用于形成PWM脉冲和调速、刹车等控制，NE555用于PWM激励信号的放大，LM393用于过流保护信号放大。(原图的元件未标注符号，符号由编者加注。) 1.12V、5V供电电路 接通电源开关锁后，来自36V蓄电池组的电压通过保险管FU1进入控制器，经C10滤波后不仅为电机供电，而且经91限流，利用防反接二极管VD1和稳压管VD4稳压得到12.6V电压。该电压通过C7滤波后分两路输出：一路为IC2供电;另一路通过VD1为三端稳压器78L05(IC4)供电，由它稳压输出5V电压，通过C1滤波后为IC1、IC3和转把内的霍尔IC等电路供电。 2.激励脉冲电路 IC1(ST926401Y)[2]脚获得5V供电后，它[15]脚内的振荡器和R9等元件通过振荡产生锯齿波脉冲。该脉冲作为触发信号控制IC1内部的RS触发器等电路产生的激励脉冲(PWM脉冲)通过缓冲放大后从[14]脚输出。  图13-11 ST926041Y+NE555+LM393构成的有刷电机控制器电路 3.电机驱动放大 电机驱动电路由驱动电路和功率放大电路两部分构成。驱动电路采用了IC2(NE555)为核心，功率放大电路用大功率场效应管VT1(6HY413)做功率管。 IC1[14]脚输出的矩形脉冲经IC2放大后从[3]脚输出，再通过R15使VT1工作在开关状态。VT1导通期间，蓄电池组提供的电压通过电机绕组、VT1的DS极、R13到地构成回路，回路中的电流驱动电机旋转。VT1截止后，流过电机绕组的导通电流消失，使绕组产生反相的电动势。该电动势通过泄放二极管VD3泄放到蓄电池，不仅避免了VT1过压损坏，而且为蓄电池补充了一定的能量。 4.调速控制电路 调速控制电路由IC1和相关部件构成。在旋转转把时，转把内的圆弧形永久磁铁开始转动，霍尔IC在磁场的作用下输出由低到高或由高到低的直流控制电压。该控制电压通过R6加到IC1[5]脚后，对IC1内的相关电路进行控制，改变IC1[14]脚输出的激励脉冲占空比。当[14]脚输出的激励脉冲占空比增大时，VT1导通时间延长，为电机绕组提供的驱动电流增大，电机旋转速度加快，车速变快;若[14]脚输出的激励脉冲占空比减小使VT1导通时间缩短后，电机旋转速度变慢，从而实现了电机转速的调整。 5.刹车控制电路 该控制器的刹车控制由IC1(ST926401Y)[4]脚内部电路和刹把共同完成。该机的左、右刹把并联接在一起，它们的一端接地，另一端通过VD2接IC1[4]脚。未进行刹车控制时，VD2截止，5V电压通过R4为IC1[4]脚输入高电平，被IC1内部电路识别后使它[14]脚输出正常的激励信号，控制器正常工作。当使用刹把进行刹车时，刹把内的机械开关闭合，通过VD2使IC1[4]脚电位变低电平。该电平被IC1内部电路识别后切断IC1[14]脚输出的激励脉冲，使电机停止转动，实现刹车控制。 6.限速巡行电路 该控制器的限速巡行控制电路由IC1(ST926401Y)和限速巡行开关等元件构成。限速巡行开关未接通时，5V电压通过R3为IC1[16]脚提供高电平电压，被IC1内部电路处理后，使它[14]脚输出正常的激励脉冲，电动自行车工作在正常的调速状态;限速巡行开关接通后，IC1[16]脚电位被拉低变为低电平，被IC1内部电路处理后，将[14]脚输出的矩形脉冲占空比限制在一定范围内，则控制器为电机提供的激励电流被限制在一定范围，使电动自行车在限速范围内行驶。 7.保护电路 (1)过流保护 为了防止过流导致场效应管VT1过流损坏，该控制器设置了过流保护电路。该保护电路由IC1、IC3内的比较器B(IC3B)和取样电路构成。 取样电阻R13产生的取样电压通过R14加到IC3B的反相输入端[6]脚，同时5V电压通过R11和R12取样后，为IC3B的同相输入端[5]脚提供参考电压。当电机运转不正常等原因导致VT1过流，使R13两端的压降增大，通过R14使IC3[6]脚电位超过[5]脚电位后，IC3[7]脚输出低电平电压，被IC1[9]脚内部电路检测后，使IC1[14]脚输出低电平电压。该电压加到IC2[2]脚，使IC2不能输出激励电压，场效应管VT1截止，电机停转，实现了过流保护。 (2)欠压保护 为了防止蓄电池过放电，该控制器设置了欠压保护电路。该保护电路由IC1(ST926401Y)[6]脚内外电路构成。 蓄电池电压放电未达到终止电压时，蓄电池输出的电压通过R16、R15和R5取样后，为IC1[6]脚提供的取样电压较高，该电压被IC1[6]脚内部电路处理后，不影响IC1工作，IC1[14]脚输出的激励脉冲正常，控制器正常工作。随着放电地不断进行，当蓄电池两端电压达到终止电压31.2V时，取样电路为IC1[6]脚提供的电压达到欠压保护电路动作的阈值，IC1内的欠压保护电路动作，使IC1[14]脚不再输出激励电压，致使场效应管VT1截止，电机停转，实现了欠压保护。 8.常见故障检修 (1)电机不旋转 电机不旋转，说明转把、刹把、直流电机或控制器异常，该故障的检修流程如图13-12所示。 图13-12 电机不转故障检修流程 (2)电机转速异常 电机转速异常，说明转把异常或控制器异常，该故障检修流程如图13-13所示。 二、无刷电机控制器 由PWM控制芯片MC33033DW、半桥式驱动器IR2103、双电压运算放大器LM358构成的无刷电机控制器在电动自行车中应用的较多。其中，MC33033DW用于PWM脉冲形成、控制，半桥式驱动器IR2103用于信号驱动，LM358用于刹车控制和欠压取样信号放大，下面以图13-14所示的奥文WML36-180G型无刷控制器为例进行介绍。 1.15V供电电路 接通锁开关后，36V蓄电池盒输出的电压通过C1和C2滤波后，第一路为功率管供电;第二路为蓄电池欠压保护电路供电;第三路通过防反接二极管VD15隔离，R1限流，C3和C4滤波后，加到三端稳压器7815(IC6)的供电端，经它稳压输出15V电压，经C5、C6滤波后不仅为IC1、IC2、IC3、IC4、IC5供电，而且通过取样后为IC5提供参考电压。 图13-13 电机转速异常故障检修流程 2.激励脉冲电路 该机的激励脉冲电路以MC33033DW(IC1)为核心构成。由电源电路产生的15V电压加到IC1[14]脚，为它内部的基准电压发生器等电路供电。该内部基准电压发生器产生的6.25V基准电压不仅从[7]脚输出，通过R10限流得到5V电压为电机内的霍尔IC和转把内的霍尔IC供电，而且为IC1内部的振荡器、PWM脉冲形成等电路供电。IC1内的振荡器得到供电后，与[8]脚外接的定时元件R9、C22通过振荡产生锯齿波脉冲，该脉冲作为触发信号控制PWM脉冲形成电路(RS触发器)产生3个高端驱动脉冲和3个低端驱动脉冲，低端驱动脉冲从IC1[1]脚、[2]脚、[20]脚输出，高端驱动脉冲从[15]脚～[17]脚输出。 3.驱动电路 该控制器的电机三相绕组驱动电路以三块半桥式放大器IR2103(IC2～IC4)为核心构成。由于三路绕组驱动电路构成相同，所以下面以IC2构成的驱动电路为例进行介绍。 由IC1(MC33033DW)[2]脚输出的低端激励信号和[17]脚输出的高端激励信号经IC2内的缓冲放大器放大，再经半桥式功率放大器放大后从IC2的[5]脚和[7]脚输出。当[5]脚输出的激励脉冲为低电平、[7]脚输出的激励脉冲为高电平时，[5]脚的低电平脉冲使VD2导通，致使功率管V2迅速截止，以免存储效应引起V2因关断损耗大而损耗，[7]脚输出的高电平脉冲通过R2使功率管V1导通，V1导通后，由它S极输出的电压为电机绕组供电;当[5]脚输出的激励脉冲为高电平、[7]脚输出的激励脉冲为低电平时，[7]脚的低电平脉冲使VD1导通，致使功率管V1迅速截止，以免存储效应引起V1因关断损耗大而损耗，[5]脚输出的高电平脉冲通过R3使功率管V2导通。V2导通后，电机绕组通过它到地形成导通电流，从而为绕组提供不同方向的驱动，使其产生磁场，驱动转子旋转，实现电机驱动。 图13-14 奥文WML36-180G型无刷电机控制器电路 为了确保高端驱动管能够正常工作，IC2还为高端驱动管设置了自举升压型供电电路。该电路由VD7、C13和功率管构成。功率管V1截止、V2导通期间15V电压通过隔离二极管VD7对升压电容C13充电，在C13两端建立14.3V左右电压;当功率管V2截止后，C13两端存储的电压与来自蓄电池盒的电压叠加后，就能为V1的G极提供高于它D极14.3V左右的驱动电压。 4.相序控制和功率放大 为了实现换向，该无刷控制器的相序控制电路由MC33033DW(IC1)内的转子定位解码器、电机内部的霍尔IC构成。功率放大电路了采用了6只大功率场效应管V1～V6做功率管。 当IC1工作后，由它输出的激励信号驱动电机旋转。电机旋转后，电机内的三个开关型霍尔元件产生位置传感脉冲信号，它们通过C20、C21和C24滤除干扰脉冲后，从IC1[4]脚～[6]脚输入到转子定位解码器，由该解码器处理后就可确保IC1输出的激励信号相位的准确。输出的激励信号再通过驱动电路IC2～IC4放大后，就可按规定顺序使V1～V6工作在开关状态。之后，V1～V6就可为电机内的3个绕组循环提供激励电流，使它们产生旋转磁场，驱动电机旋转。 5.调速控制电路 调速控制电路由IC1(MC33033DW)、转把和相关元件构成。旋转转把时，转把内的圆弧形永久磁铁开始转动，使霍尔IC输出的直流控制电压由低到高或由高到低发生变化。当调速控制电压通过R3使IC1[9]脚输入的电压由低逐渐升高时，经IC1内部电路处理后，使IC1输出的高端激励脉冲占空比增大，致使高端功率管导通时间延长，为电机绕组提供的电流增大，电机的旋转速度加快，车速变快，实现了加速调整。反之，若IC1[9]脚输入的电压由高到低时，使IC1输出的高端激励脉冲占空比减小，高端功率管导通时间缩短，为电机绕组提供的电流减小，车速变慢，实现减速调整。 6.限速巡行电路 限速巡行控制也是通过IC1(MC33033DW)[9]脚内部电路和限速巡行开关(短接线)来完成。当短接线接通后，IC1[9]脚通过R12和短接线接地，将转把输出的控制电压分压，IC1[9]脚输入的电压减小，IC1输出的矩形脉冲宽度被限制在一定范围内，控制器为电机提供的激励电流较小，使电动自行车在限速范围内行驶。反之，若不接该短接线，IC1[9]脚输入的调速控制电压不被分压，电动自行车工作在正常的调速状态。 7.刹车控制电路 刹车控制由刹把、运算放大器IC5(LM358)、IC1(MC33033DW)为核心组成的刹车控制电路完成。 该机的左、右刹把内的机械开关并联接在一起，它们的一端通过VD10接IC5[3]脚，另一端接地。正常行驶时，刹车开关不接通，使VD10截止，此时IC5的[3]脚电位高于[2]脚电位，于是它[1]脚输出高电平电压，使VD11和VD12截止，不影响IC1[9]脚和[19]脚电位，控制器正常工作。当采用刹把刹车时刹车开关对地接通，IC5[3]脚电位通过VD10被钳位到低电平，使IC5[3]脚电位低于[2]脚的电位，IC5[1]脚输出的电压变为低电平，使VD11和VD12导通，将IC1[9]脚和[19]脚电位变为低电平。该低电压被IC1内部电路检测处理后使IC1无激励脉冲输出，场效应管全部截止，电机停转，实现刹车控制。 提示 MC33033DW[19]脚是使能控制信号输入端。当[19]脚输入低电平控制信号时[15]～[17]脚、[1]脚、[2]脚和[20]脚不能输出激励信号，只有该脚输入高电平控制信号时[15]～[17]脚、[1]脚、[2]脚和[20]脚才能输出激励脉冲。 8.保护电路 (1)功率管过流保护 为了防止功率管V1～V6过流损坏，该控制器设置了由MC33033DW(IC1)[12]脚内部电路和R0等元件构成的过流保护电路。R0是取样电阻，它接在场效应管V2、V4、V6的S极与地之间。由它对V2、V4、V6的D极电流进行取样，取样后的电压加到IC1[12]脚。 电机运转正常时，R0产生的压降较小，为IC1[12]脚提供的电压未达到保护电路动作阈值，不影响IC1的工作，控制器正常工作。一旦电机运转不正常等原因导致场效应管过流，就会使R0两端的压降增大。当IC1[12]脚输入的电压达到过流保护电路动作阈值后，IC1内的过流保护电路便发出控制信号使IC1不再输出激励脉冲，场效应管V1～V6截止，电机停转，实现了过流保护。 (2)蓄电池欠压保护 为了防止蓄电池过放电，该控制器设置了欠压保护电路。该保护电路由IC5(LM358)、IC1和取样电路组成。 蓄电池输出的电压通过R19、R17取样，再通过C25滤波后加到IC5[5]脚，为运算放大器的同相输入端提供取样电压，同时15V电压通过R15、R18取样后加到IC5[6]脚，为运算放大器的反相输入端提供参考电压。当蓄电池电压放电未达到终止电压31.5V时，IC5[5]脚电位高于它[6]脚电位，所以它[7]脚输出高电平电压，使VD13和VD14截止，不影响IC1[9]脚和[19]脚电位，控制器正常工作。随着放电的不断进行使蓄电池两端的电压降到31.5V后，经取样使IC5[5]脚电位低于[6]脚上的参考电压，于是IC5[7]脚输出低电平电压，使VD13和VD14导通，致使IC1[9]脚和[19]脚电位变为低电平，被内部电路检测处理后使IC1无激励脉冲输出，场效应管全部截止，电机停转，实现了欠压保护。 9.常见故障检修 (1)电机不旋转 电机不旋转，说明刹把、转把、控制器或直流电机异常，该故障检修流程如图 13-15所示。 【说明】控制器的滤波电容C1、C2或功率管V1～V6击穿会引起蓄电池盒内的保险管过流熔断，产生整车无电故障。脱开控制器与蓄电池的连线后，测控制器端的供电线和接地线之间的阻值，若阻值过小，说明控制器内的功率管或滤波电容击穿。V1～V6击穿除了应检查驱动电路、供电电路外，还应检查电机，以免再次损坏。 (2)电机能启动，但不能正常旋转 电机能启动，但不能正常旋转，说明控制器、电机异常，该故障检修流程如图 13-16所示。 图13-15 电机不转故障检修流程 图13-16 电机能启动，但不能正常旋转故障检修流程 (3)电机转速异常 电机转速异常，说明转把异常或控制器异常，该故障检修流程如图13-17所示。 图13-17 电机转速不正常故障检修流程 |
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