电动车控制器原理及设计摘要：电动车控制器如同电动车的大脑，是电动车的重要组成部件，它控制着电动车的启动、运行、速度、进退、停止以及电动车的其他电子器件。

直流电机、电力电子、数字电子、模拟电子、单片机等学科的相关知识在电动车控制器中都有所体现。

本文先从控制器在电动车中的功能入手，进而研究其运行的原理。

在这一过程中，回顾大学四年之所学，以达融会贯通之目的。

关键词：控制器功能原理专业知识一、电动车控制器的功能 (4)1、概述 (4)2、控制器的具体功能 (5)二、电动车控制器的原理 (7)1、控制器控制系统原理 (7)2、控制器内部电路 (8)①PWM（pulse width modulation）电路 (9)②电机驱动电路 (11)③霍尔电路 (11)④稳压电源电路 (13)⑤蓄电池放电指示电路 (13)⑥蓄电池过放电保护电路 (14)⑦电机过流保护电路 (14)⑧制动保护电路 (15)一、电动车控制器的功能1、概述电动车控制器是用来控制电动车电动机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其他电子器件的核心控制器件，它就像电动车的大脑，是电动车上的重要部件。

电动车从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、电动四轮车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。

电动车控制器以功率大小可以分为大功率、中功率、小功率三类。

电动自行车使用小功率，三轮车和电摩托使用中功率和大功率的。

从使用的直流电机类型来看，可分为有刷和无刷两大类。

图1-1 -1控制器外观图1-1-2 控制器内部器件布置2、控制器的具体功能随着电动车应用的推广和发展，对控制器功能的要求越来越高，越来越多元化。

目前流行的电动车大都采用直流电机，对直流电机调速的控制方式主要为PWM（pulse width modulation脉宽调制）。

因而电动车控制器的核心是脉宽调制器。

一款完善的电动车控制器一般要具备以下功能1、速度调节2、电机过流保护3、电瓶欠压保护4、刹车断电5、电量显示具体包括以下功能：防飞车、巡航（自动、手动）、助力、反充电功能、柔性EABS刹车功能、防盗、欠压保护、过载保护功能、自动识别相位、转堵保护功能、分档式行驶功能、零启动功能、低噪声控制功能、短路保护功能、◆防飞车转手把到任意位置，然后观点电源锁或关掉开关，手把保持不动，打开电源锁或电源，电机保持不转；放开手把，然后转动手把，电机开始转动。

◆自动巡航维持调速转把到任意位置并保持不变，几秒（一般为8秒）钟后，电机进入巡航状态，即维持原来的速度自动巡航，刹车断电后，退出巡航状态。

◆手动巡航骑行时，按一下巡航按钮（触发式，接地有效），进入巡航状态，巡航按钮或刹车断电后，退出巡航状态。

◆助力在电动车上装助力发生器，当人踩踏板时，根据人踩踏板时的速度，控制器自动控制电机的转速，使得骑车的人省力。

◆反充电功能电动车在骑行过程中（速度较快），当需要减速时，松开调速转把，此时将进入电刹减速，并把电动车动能转化为电能馈送给电池，即对电池充电，当电动车速度降到一定的值时，自动退出电刹。

◆柔性EABS刹车功能即电子刹车，电机运转时刹车，电刹时能对电池进行反充电◆防盗外接一个防盗器，当防盗器处于在锁闭状态时，控制器控制器电机向前向后都不能转当防盗器处于开锁状态时，控制器正常工作◆欠压保护指的是电源电压，当放电最后阶段，在负载状态下，电源电压已经接近“放电终止电压”，控制器面板（或仪表显示盘）即显示电量不足，引起骑行者的注意，计划自己的行程。

当电源电压已经达到放终时，电压取样电阻将分流信息反馈入比较器，保护电路即将按预先设定的程序发出指令，切断电流以保护电子器件和电源。

◆过载保护过载保护和过电流保护是相同的，超重必然引起过电流。

电动自行车说明书上特别注明载重能力。

超重首当其冲的是开关功率管，只要无刷控制器功率管烧毁一只，变成两相供电后电动机运转即变得无力，骑行者立即可以感觉到脉动异常；若继续骑行，接着就烧毁第2个、第3个功率管。

有两相功率管不工作，电动机即停止运行，有刷电机则失去控制功能。

因此，由过载引起的过电流是很危险的。

但只要有过电流保护，载重超限后电路自动切断电源，因超载而引起的一系列后果都可以避免。

二、电动车控制器的原理1、控制器控制系统原理图2-1-1图2-1-22、控制器内部电路图2-2-1控制器内部电路方框图图2-2-1中可以看出，该控制器有稳压电源电路、蓄电池电量显示电路、电压欠压保护电路、PWM产生电路、电流过流保护电路等组成。

详细的电路原理图如下图2-2-2控制器电路原理图①PWM（pulse width modulation）电路1、PWM工作原理PWM中有一个重要器件叫电压比较器，如下图PWM中的电压比较器所示，它有两个输入信号：一个是固定的基准电压（三角波电压），另一个是可变的比较电压。

PWM中的电压比较器PWM的工作原理可以由下图表示a b图2-2-3 PWM工作原理三角波和可变的输入电压相比较，然后输出方波。

PWM在速度控制器中的作用是速度转把发出的电信号是一个随其位置而变化的浮动直流电压对应的脉冲宽度也随着变化，从而控制电机转速。

2、三角波形成电路三角波一般用RC电生成如图2-2-4a、RC充放电b、三角波形成c、波形图图2-2-4 RC三角波的形成在生成三角波的过程中需用到方波，方波可以用施密特振荡器。

在电动车控制器实际应用中也是使用施密特振荡器。

如图2-2-5，这是另外一种类型电动车控制器的电路图图2-2-5图2-2-5中，三角波由R17、C5、R9、R10、D2、IC2A组成施密特振荡器，在C5上产生三角波。

然后，将三角波输入⑥脚。

PWM的第二个输入为⑦脚，是来自速度转把(J1)的速度信号。

之后，从IC2B①脚输出调宽脉冲。

图2-2-6图2-2-6电路图中，脉宽调制器以TL 4941为核心组成。

R3、C4与内部电路产生振荡。

H是霍尔式速度控制转把（有的控制器的调速采用光电速度转把，完全可以用霍尔速度转把替代），由松开到转紧，可输出4V—1V的电压。

该电压加到TL 494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。

1TL 494②电机驱动电路在图2-2-6中，电机驱动电路由Q1、Q2等元件组成。

TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。

TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。

D1是电机续流二极管，防止Q2击穿。

同样，在图2-2-5中，从IC2B①脚输出调宽脉冲，送互补推挽放大器。

互补推挽驱动由T3、T4组成，脉冲高电平到来，上管NPN管T4导通，12V加到功率管T1、T2的栅极，T1、T2导通；脉冲低电平到来，上管NPN管T4截止.下管PNP管T3导通，将T1、T2栅极的电荷迅速放掉，T1、T2截止。

从而达到控制电机转速的目的。

③霍尔电路1、霍尔效应图2-2-7霍尔效应原理霍尔元件是磁传感器，靠霍尔效应原理在磁场中完成工作。

如图2-2-7所示，将一矩形半导体薄片置于磁场B中，在薄片两侧即X轴方向通以控制电流In，则在Y轴方向将产生的电动势称为霍尔电势。

实验表明，在磁场不太强时，电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即(1) 或 (2)式（1）中称为霍尔系数，式（2）中称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA·T)。

2、电机霍尔霍尔式无刷电机取消了换向器和电刷，采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经过放大、整形后厨发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电机的正常运转。

在直流电机内部三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆变桥的各功率管的通断，使三相内定子线圈与外转子之间产生连续转矩。

3、霍尔转把图2-2-8霍尔调速转把电路图代号图2-2-9电动车中的磁敏式控速手柄如图2-2-9，件2为霍尔器件，件1是磁钢，霍尔器件固定在右手柄内部的固定套上，它是不动的，磁钢则固定在手柄可转动的外套同4上，可以随着手柄转动而转动，这样它便随时可改变与霍尔器件之间的距离，使霍尔器件接受的磁场强度发生变化。

它是沿圆周方向转动，所以不仅是移动问题，还有一个角度分量的变化，总之霍尔器件在磁场强度的变化中，也改变了输出信号的强度。

导线将信号传递给PWM电路，进而控制脉冲的占空比，使换向电路的功率开关管输出电流变化，从而控制电动机转速。

④稳压电源电路图2-2-10 稳压电源电路图2-2-10为图2-4控制器电路原理图中片段，稳压电源由V3（TL 4312），Q3等元件组成，从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电，调节VR6可校准+12V电源。

⑤蓄电池放电指示电路图2-2-11蓄电池放电指示电路2TL 431如图2-2-11蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由R24、VR1、VR2、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。

蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。

VA=VB*R22/(R22+R23)。

当蓄电池电压不低于38V时，LED1、LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，LED1熄灭，此时应给电池充电。

调节VR1、VR2、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。

LED4用作电源指示，LED5用作欠压切断控制器的输出指示。

⑥蓄电池过放电保护电路图2-2-12蓄电池过放电保护电路图2-2-12当蓄电池放电到31.5V时.LM324的①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL 494的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使TL 494内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态。

此时LED5点亮，指示出该状态。

VR5用于设定电池保护点电压。

⑦电机过流保护电路电流超限对电机和电路一系列元器件都可能造成损伤，甚至烧毁，这是绝对应当避免的。

控制电路中，必须具备这种过电流的保护功能，在过流时经过一定的延时即切断电流。

图2-2-13 电机过流保护电路图2-2-13中R30为电机电流取样电阻，当过流时，取样电压经R14加到TL494的16脚。

当16脚电位高于10脚电位时迫使TL494内部调宽脉冲输出截止，从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，从而保护了电机。

⑧制动保护电路图2-2-14制动保护电路如上图2-2-14当刹车制动时，KEY2接通.5V电压加到TL494的死区控制端④脚，迫使TL494内部调宽脉冲输出截止，从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，实施制动保护。