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无刷电机控制器 - 无刷电机控制器的原理


1. 电子换向器无刷电机与有刷电机的根本区 别就在于无刷电机用电子换向器代替 了有刷电机的机械换向器，因而控制 方法也就大不相同，复杂程度明显提 高。在无刷 电机控制器中，用 6 个功率 MOSFET 管组成电子换向器，其结构如 图 2 所示。图中 MOSFET 管 VT1、VT4 构 成无刷电机 A 相绕组的桥臂，VT3、VT6 构成无刷电机 B 相绕组 的桥臂，VT5、 VT2 构成无刷电机 C 相绕组的桥臂，在 任何情况，同一桥臂的上下两管 不能 同时导通，否则要烧坏管子。6 只功率 MOSFET 管按一定要求顺 次导通，就可实现无刷电机 A、B、C 三 相绕组的轮 流通电，完成换相要求， 电机正常运转。 在电动车无刷电机控制器中，这 6 只功率管 有二二通电方式和三三通电 方式的运用， 二二通电方式即每一瞬 间有两只功率管同时 通电，三三通电 方式即每一瞬间有三只功率管同时通 电。对于二二通电方式，功率管 须按 VT1、VT2；VT2、VT3；VT3、VT4； VT4、VT5；VT5、VT6；VT6、VT1； VT1、VT2 的通电顺序，电机才能 正常运转。对于三三通电方式，功率 管须按 VT1、VT2、VT3； VT2、VT3、 VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、 VT6；VT5、VT6、VT1；VT6、 VT1、 VT2； VT1、VT2 、VT3的次序通 电，电机才能正常运转。2. 功率管前级驱动电路功 率 管 前 级 驱动电路用来驱动 电子换向器的 6 个 MOSFET 管，由于 6 个 MOSFET 管组成 了 3 个相同的桥臂， 对这 3 个相同的桥臂 的驱动电路是相同的，因而功率 管前 级驱动电路是由 3 组相同结构的电路组 成， 3 所示的是一典型的功率管前级 驱 图 动电路，对于一无刷控制器，有 3 个 这样的电路，分别驱动 3 个桥臂。3. 单片机主控电路单片机主控电路是无刷电机控制 器的核心部分，电机的霍尔信号、转 把信号、过流检 测信号、刹车信号等 都直接输入给单片机，由单片机进行 处理，并由单片机输出电子 换向器三 个桥臂的前级驱动信号， 以控制电机 的运转， 因而单片机主控电路是无刷 电 机控制器的心脏部分。 单片机 MB95F634KPMC 是目前无 刷电机控制器的主流控制芯 片，决定输出驱动信号的脉宽，从而 决定电机的转速。目前市面上电动车 的转把输出信号 电压一般在 1~4.2V， 它内部是由一个线性霍尔元件和一个磁 体组成，转动转把、磁体移动，霍尔元 件感应 变化的磁场而输出变化的电压。4. 限速电路限速电路是通过分压电阻，减小 送入单片机的转把最高电压信号，从 而限制了速度。 中把 SPLIMT 端接 地，则 R67 与 R68 即组成分压电路，降 低转把信号（SPSIG） 送入单片机的 5 脚的电压，从而限制了电动车的最高 转速。5. 霍尔信号检测电路电阻 R31~R36、电容 C16~C18 组成霍尔信号检测输入电 路，电阻 R34~R36 形成上拉电位，电 容 C16~C18 起滤波作用，抑制干扰信 号。单片机的 15、16、17 脚 分别检测 来自电机内的三路霍尔位置信号，以 决定换相时刻。6.欠压检测电路元件 R70、R71、R72、 C23 组成电池电压检测电路，检测值送 入单片机的 3 脚，当该脚检测值低于某 一数值时，可强迫无刷电机控制器不 工作，从而起到保护电 池的作用。8. 电源电路 在无刷电机控制器中，一般需两组 电源，一个是 14V 电源供功率 MOSFET 驱 动用，另 一个是 5V 电源，供单片机、电 机霍尔、转把霍尔等电路用。14V 电源 一般由 LM317 调整管得到，5V 电源一般 由 78L05 得到。9. 限流/过流保护电路限流保护是控制无刷电机控制器 在某一最大限定电流值下工作，对于 36V 控制器，限 流值一般在 14±1A，对 于 48V 控制器限流值一般在 17±1A。限 流保护其实又是过载 保护，当上坡、 载重必然引起负载加重、电流增大， 但电流增大的极限就是限流值。