一款电动车控制器电路的分析与改进

　　摘要：电动车在上坡时速度会减小而电流会增大，在由上坡驶入平路或下坡的情况下由于阻力突然减小甚至消失，而驱动电流仍然较大，使得速度会快速增大，出现所谓的“过冲”现象。这给操作者带来不适且有一定的危险性。为了减轻或消除“过冲”现象，从硬件和软件两方面做出改进。对于非“过冲”时使用“调速控制”，通过调整驱动电流，力求使速度达到操作者通过转把设定的速度，并进行双闭环控制以克服复杂的路况变化。在“过冲”时采用“定速控制”，依据速度信号来调整驱动电流，在设定的时间内使速度保持不变。

　　关键词：电动车；控制器；过冲；改进；定速控制；

　　调速控制控制器作为电动车的关键部件，其技术日臻成熟，但是仍然有一些问题有待解决。其中一个普遍的现象就是，电动车在上坡时速度减小而电流增大。在由上坡驶入平路或下坡的情况下由于阻力突然减小甚至消失，而驱动电流仍然较大，使得速度会快速增大，出现所谓的“过冲”现象。我们把这种现象叫做上坡“过冲”。这种情况会给操作者带来不适且有一定的危险性。为了减轻或者消除这种现象，有必要对设计做些改进。

　　1 电路构成

　　使用无刷电动机的电动自行车控制器主要分为以使用专用控制芯片为核心的纯硬件电路控制器（例如以MC33035 为核心的控制器）和以MCU 为核心的控制器（例如以AT89S2051、P87LPC767、STCl2C5410AD 等为核心的控制器）。采用的直流无刷电机多半是三相电机，电角度有60°和120°两种。电机极数大部分为18 极，也有16 极、20 极等。

　　图1 是一款以AT89S52 为核心的一个控制器电路框图，电动机是电角度为120°直流无刷三相电动机。该电路中单片机接收电源电压检测信号、刹车信号、电机电流检测信号、转把（调速）信号、电机转速检测信号、转子位置检测信号等，判断电动机转速是否符合要求、三相绕组A、B、C 与位置信号a、b、c 之间的对应关系是否正确等，动态的输出PWM 形式的控制信号，控制相应的功率驱动管的导通或关断，控制电动机的起动或停止、加速或减速等，并输出各种指示信号，如刹车信号、左转/右转信号、欠压报警信号等。对于采用MCU 为核心的控制器，一般的是以软件编程来实现。

　　1）转把的形式、信号特征：转把（转速）信号是操作者发出的速度控制指令信号。此电动自行车使用“霍耳转把”。以5V 供电、正把、输出信号为1.1～4.2V。转动转把，改变了霍耳元件周围的磁场强度，也就改变了霍耳转把的输出电压。

　　2）闸把的形式、刹车信号特征：电动车闸把上有闸把位置传感元件，在捏刹车把动作时，将刹车信号传给控制器，控制器接收到刹车信号后，立即停止对电机的供电。

　　3）直流无刷电机的驱动控制：参见图1，此电路采用三相无刷直流电机。3 个霍尔位置传感器的空间间距为120o，输出信号a、b、c最终送给单片机作为转子位置检测信号及测速信号。其中A 相末级电路如图2 所示，在驱动电路中设置了电流检测。单片机根据霍尔转速信号和电流检测信号，经过分析判断，输出正确的PWM 控制信号给相应的线圈通电，从而控制电动机的起动、停止及转速等。

　　4）欠压保护和过流保护：当电池电压降低到控制器设定值以下时，单片机停止PWM 信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。

　　限流保护（或过流保护）电路对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电动机等不会出现允许范围以上的电流。

　　一个最基本的电动车用无刷电机控制器所需要实现的功能一般包括欠压保护、过流保护、调速、刹车、断相保护、软启动等，近年来还有一些实用且流行的功能如定速巡航、ABS 刹车再生制动、1:1 助力等等。