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DIY电动自行车调速器

DIY电动自行车调速器

点击数:7935 次   录入时间:03-04 11:42:13   整理:http://www.55dianzi.com   车用电路

  电动自行车电气部分的四大部件是:电机、蓄电池、充电器、调速控制电路。而调速器则是用于控制120W有刷电动轮毂,是目前应用较为广泛的一种调速器。其特点是:配合先进的霍尔传感器转把进行PWM脉宽调制调速,效率高,运行平稳;完善的蓄电池放电监控制保护;完善的制动保护,刹车制动自动断电;电路简单,维修方便。该调速器所用元器件均为常规器件,而且调试比较简单,非常适合电子爱好者自制。
  
   其整个电路由电源电路、调宽脉冲产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电保护电路四部分组成。主要功能一是调节速度,二是对蓄电池放电进行监控。见下图。

电动自行车调速器电路

  电源电路由U2(LM317)、R4、R5、D2等元件组成,从36V蓄电池得到+12.8V和-2.0V电压,给控制电路供电。正电源VCC=1.25(R4+R5)/R5-2.0=12.8V,负电源由2V稳压管D2得到。调节R4或R5,可校准+12.8V电源。
  
  调宽脉冲产生电路以脉宽调制器TIA94为核心组成。R3、C3与内部电路严生振荡,频率为1/(0.817R3C3+1.42×10的-6次方)=12kHz。H是速度控制转把,其实质是一个霍尔传感器。当转把由松开到旋紧时,其输出端可得到4.1V~0.9V的电压。该电压经D3与负电源VEE叠加后,送到TLA94的死区控制端④脚,控制TLA94内部的PWM比较器,在⑩脚得到调宽脉冲输出。由TLA94内部电压越低,⑩脚输出的调宽脉冲高电平部分越宽,电机转速越高。
  
  用TLA94的死区控制端④脚作为PWM的调宽控制端、是该电路的一个显示著特点,不同于TLA94的常规应用。常规应用中,④脚一般用作各种保护信号的输入端、是该电路的一个显著特点,不同于TL494的常规应用。常规应用中,④脚一般用作各种保护信号的输入端。由于TLA94的④脚控制的比较器有一个0.2V基准电压,为了得到近100%的最大占空比输出,④脚必须接一负电压。这就是设置负电源VEE的原因。
  
  改变R13,可使霍尔调速转把松开时电机刚好停转,而旋紧时又能获得最高转速。
  
  电机驱动电路由三极管Tl、T2、T3、T4等元件组成。电机MOT为120W稀钍永磁有刷直流电机,只有电枢绕组、无励磁绕组。TLA9410脚输出的调宽脉冲,经T2跟随放大后驱动NMOS功率场效应管Tl(IRF540)。10脚调宽脉冲高电平部分越宽,则Tl导通时间越长,转速越高。Dl是电机续流二极管,防止Tl因过高的感应电压而击穿。T3、T4、R2组成有源泄放电路,加速Tl的截止过程,对降低Tl功耗有着十分重要的作用。
  
  蓄电池放电监控电路由R8、R9、Rl0、D4等元件组成。TIA94内部的运放1用作蓄电池放电监控保护,防止蓄电池过放电。+5V基准电压由R8、R9分压,加到TIA94内部运放1的同相输入端①脚。蓄电池电压由R6、R7、RW1分压,加到TLA94内部运放1的反相输入端②脚。当蓄电池放电压到31.5V(这是蓄电池限定的最低放电电压)时,①脚电位高于②脚,TLA94的③脚输出高电平,二极管D4导通,锁定该状态。此时TIA94内部调宽脉冲输出管截止并使三极管Tl、T2截止、电机停止运转、蓄电池停止放电进入保护状此时发光二极管D6点亮、指示欠压状态。RW1用于设定电池欠压保护点电压。
  
  当刹车制动时,前刹或后刹开关接通,5V电压加到TL494的死区控制端④脚使10脚无调宽脉冲输出,Tl截止,电机停转,实施制动保护。
  
  上图所示为印制电路板,外形尺寸52×73.5平方毫米。元件排列见下图。
  
  说明:接插件Pl、P2、P3、P4电路图中没有明确标示,其中Pl接欠压指示灯D6,P2接刹车制动开关,P3接霍尔传感器转把,P4接蓄电池和电机。另外,电机续流二极管Dl、NMOS功率场效应管Tl焊接在印制电路板的焊接面,并用60×80×2立方毫米的铝板压紧、作散热和固定用。

  元器件参数选取见下表。需要特别说明的是,电机续流二极管Dl要选用肖特基二极管,不能用普通快恢复二极管。否则会产生很大的导通损耗、发热严重。

 



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  调试
  
  1、静态工作点

  2、调速电路
  
  (1)零速及最高速调试:改变R13,使霍尔调速转把松开时电机刚好停转,而旋紧时又能获得最高转速,对应TLA94死区控制端④脚电压V4=+2.7V~-0.28V。
  
  用示波器观察调速转把松开时TLA94的⑩脚无调宽脉冲输出,或是占空比很窄的针状脉冲;霍尔调速转把旋紧时,⑩脚输出占空比近100%的脉冲。为方便调试,可用一个36V40W灯泡接于M+与M-之间,调节转把,观察亮度变化。
  
  (2)制动调试:旋紧速度转把,Tl栅极应为高电平10.9V。此时闭合前刹或后刹制动开关、Tl栅极应立即变为低电平-0.5V,便说明制动电路工作正常。可用一个按钮开关代替刹车制动开关、接于接插件P2两端。
  
  3、蓄电池欠压保护点调试
  
  用一可调电源代替蓄电池。把电压调节为31.5V时,调节RW1,使发光二极管D6刚好点亮即可。此时TLA94的④脚应为高电平5V左右、进入电池欠压保护状态。
  
  从前面的电路原理分析可知,一旦进入该状态便自行锁定,用户无法继续使用。因此,用户应根据表盘指示的电平状态及时充电。(使用这种调速电路的电动自行车,其电平指示电路单独一部分安装在表盘指示部分)。
  
  驱动电机的场效应管Tl是N沟道VMOSFET,是该调速器损坏率最高的元件,必须掌握这类器件的检测方法oN沟道VMOSFET检测判别的依据是:
  
  栅极G为浮栅,与源极S和漏极D之间是绝缘的。源极S和漏极D之间有一只寄生二极管,源极S是二极管的正极,漏极D是二极管的负极。N沟道,VMOSFET的导通条件是漏极D接电源正极,源极S接电源负极,栅极G、源极S间加上大于2.4V的正电压。N沟道VMOSFET的检测包括两个方面,一是电极判别,二是好坏判别。下面介绍用数字万用表的二极管档检测N沟道  VMOSFET的方法:DT830、DT890等所有用ICL7106作A/D转换器的数字万用表的二极管档测试电源为2.8V,能够触发VMOSFET导通。(用普通指针式万用表时,要求其内部有15V高压供电电池,此时要用其l0k电阻档进行测试。)
  
  ①电极判别:检测时先用手捏一下三个电极,放掉G、S结电容电荷。然后用表笔测量各电极,若某脚与其它两脚都不通(显示超量程),则该脚为栅极G,其它两脚为源极S和漏极D。再用手捏一下三个电极,放掉测试过程中G、S结电容所充电荷,然后据二极管的单向导电特性区分出源极S和漏极D;把表笔接于源极S和漏极D测试一次,交换两表笔后再测试一次。两次测试中,一次显示超量程,另一次显示较小的数值。其中显示较小数值的一次,红表笔接的是源极S,黑表笔接的是漏极D。
  
  ②好坏判别:用红表笔接栅极G,黑表笔接源极S,给G、S结电容充电,然后把红表笔移到漏极D,此时管子是导通的,显示较小的数值;此时再用手触及一下G、S极,给G、S结电容放电,则管子是截止的,显示超量程。此管即可判断为好的。




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