基于TL494芯片的电动车电机控制器详解.docx

基于TL494芯片的电动车电机控制器详解电动自行车一般由铅酸蓄电池供电，有24V、36V和48V三种规格，但电动车的照明灯、音响、防盗报警器、里程速度显示，电机控制器一般只需12V的直流电压，文章介绍一种基于芯片TL494PWM技术的降压式DC-DC开关电源，通过闭环控制使输出电压稳定，系统具有的过流保护及使系统稳定工作的相位补偿设计都有较好的效果。电动自行车一般由铅酸蓄电池供电，有24V、36V和48V三种规格，但电动车的照明灯、音响、防盗报警器、里程速度显示，电机控制器一般只需12V的直流电压电动车控制器是用来控制电动车的启动、运行、进退、速度、停顿以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也由于不同的车型而有不同的性能和特点。面对内燃机车的废气污染和能源枯竭，电动汽车如今逐步走进了人们的生活。世界各大汽车消费厂家，都在大力研发电动汽车控制技术，并在最近的车展上纷纷推出了电动汽车。是电动车控制系统中最关键的局部，它的开展对电动汽车的普及及推广有着深远的影响。如今主流的电动车控制器主要由电力电子器件构成，其中电机控制器直接充当了心脏的角色。电动车电机控制器的原理本文中电动汽车采用他励直流有刷电机，动力电池采用节铅酸蓄电池串联，每块电池额定电压，总额定输出电压为。他励直流电动机的额定电压为，额定功率为，输出额定转矩为，额定转速为，励磁电流为，最大负载电流为。本控制器的设计方案中，电枢控制局部采用两象限型直流斩波系统，励磁控制局部采用双极式可逆直流斩波系统。控制器选用芯片，其具有构造简单、功能可靠、价格低廉、稳定性好等优点。内置有±的基准电源、两路误差放大器、产生比拟器以及死区时间可调控制等。两象限型直流斩波系统两象限型直流斩波器原理图如图所示，采用半桥构造，电机中流过的电流可正可负，开关管只在制动时起作用，系统能工作在个象限。该控制方案固然只能使电机工作在第一、第二象限，但是具有能量回馈制动功能，而且控制方便，使用的电子元器件较少，有利于减小控制器的体积，且系统的可靠性较高，方案的本钱低图1双极式可逆直流斩波系统双极式可逆直流斩波器原理图如图所示。这种直流斩波器可以使电动机在四象限运行，即电枢电压和电流既可以为正，也可以为负。图2该控制方案可以使电机在四个象限运行，电路和控制不复杂，电机停顿时有微振电流，能消除静摩擦死区；低速时，每个功率开关管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证功率开关管的可靠导通。他励直流电机的励磁回路中通过电流不大，励磁回路不用经常切换，只需让其工作在一、三象限他励直流有刷电机控制器的总体方案控制器最终方案中电枢回路采用两象限型直流斩波器，励磁回路采用四象限的直流斩波器。由于电动车必需要可以在多种路面和多种天气高温、低温下使用，控制器必须具有一定的抗震性、防水性，抗电磁干扰才能等。为了适应本控制器的恶劣使用环境，本控制系统中采用了纯硬件设计。他励直流有刷电机控制器总体方案框图如图所示。图3为了进步控制器的稳定性，添加了局部保护功能，如：过热保护、励磁检测保护、过流保护、电池欠压保护、防反接保护等。本设计方案采用了两片作为整个系统的核心控制器，一片专门用来控制励磁局部。控制器励磁局部的构成的小系统，在电动车上电后开场工作，使电动车在运行期间励磁信号不缺失，有效保护电机。在收集前进和后退选择按钮信号后，选择励磁回路中励磁电流的流向，控制电动车的运行方向。控制器电枢控制局部采用另一片控制，该系统收集油门踏板信号，来改变输出波的占空比进展调速。通过检测励磁回路中电流信号，确认励磁电流正常后启动电枢回路。通过检测电枢回路电路信号，发现电机堵转时及时关闭脉冲输出，防止电流过大烧坏功率器件和电机。硬件设计外围电路设计调节由芯片实现，其电路原理图如图所示，主要功率器件采用多个并联和多个二极管并联的方式。为实现直流有刷电动机的平滑调速，将的号引脚接地，使工作在单端输出方式，实现占空比从到连续可调。图4为了增大的输出驱动电流，进步驱动才能，并保护的输出端号和号引脚，通过两个高速二极管并联输出的方式，输出最大的电流，很大程度的进步了输出的驱动才能。并在输出端单独采用达林顿管推挽输出，来驱动电枢回路中多个并联的，多个并联时需要留意均流和散热。过热保护过热保护电路的核心元件主要是°常开温控开关和高速运放，通过改变运放反向输入端电压，使运放输出上下电平，来控制的死区。过热保护电路图如图所示。图5的一端接地，另一端参与和之间，整个电路构成一个差分式的运算放大电路。当温度超过°，温控开关闭合时，运放输出为高电平大于，的死区电压大于时，输出的波的占空比降为，输出为低电平，使开关管不导通，切断电机的供电。而当控制器正常工作时，散热器的温度不会超过°，温控开关会一直处于断开状态，此时的死区端电压为的偏置电压，输出的占空比受到运放的输出电压控制。电池欠压保护电动车的供电由铅酸蓄电池提供应，电池容量有限，电量缺乏时要及时充电，为了防止电动车电池的过渡放电，保护电池，进步电池的使用寿命，应该设置电池的欠压保护，电池欠压保护电路图如图所示。当电机堵转时，蓄电池输出电流迅速增大，此时电池不可以提供这么大的功率，会导致电池电压的急剧下降。根据电池的特性，的铅酸蓄电池，电池在正常工作时，输出电压不会低于。设置电池的最低保护电压为，这样可以保护电池并防止电机堵转。电池的欠压保护采用电压比拟器来实现，将的蓄电池电压经过分压后与参考电压比拟，当电池的电压低于时，的反向输入端电压低于同相输入端电压，输出为高电平，使的死区电压到达最大值，关断的脉冲输出，使电机停顿运转。通过长期的实验运行和装车试验，证实本文设计的电动车驱动系统，能量损耗小、使用范围广、知足电动车的实际需要。通过对电动机励磁和电枢的调节可以实现他励直流有刷电动机的运行调速、正反转和能量回馈。并在设计中预留了多路信号通讯接口，将各关键状态信号输入车载中，方便整车的协调和晋级。0