电动车控制器zk3610.doc

一、充电器、控制器概述　　充电器是电动自行车四大核心部件之一，充电器的好坏严重影响着蓄电池的使用寿命。充电器主要由整流滤波、高压开关、电压交换、恒压及电控制等几个部分组成。其中整流滤波电路的用途是将交流220V电压转变为支流300V左右的电压，通过高压开关电路及电压交换，产生充电时所需的低压直流电压，再由充电控制电路控制后对电池充电，采用这种方式的充电器具有体积小、重量轻、效率高等优点。
　　电动车控制器的实现方式与组成部分：目前电动自行车用控制器，不管有刷无刷，普遍采用PWM调速方式。控制器内部必须要有PWM发生器电路，还要有电源电路，功率器件，功率器件驱动电器，控制器件驱动电路，控制部件（转把、闸把、电机霍耳等）信号采集单元与处理电路，过流与欠压等保护电路。
　　二、充电器的使用和保养
　　充电器的正确使用，仅影响到充电器自身的可*性和使用寿命，而且还会影响到电池的寿命。使用充电器对蓄电池充电时，请先插上充电器的输出插头，后插输入插头。充电时，充电器的电源指示灯显示红色，充电指示灯也显示为红色。充满后，充电指示灯为绿色。停止充电时，请先拔下充电器的输入插头，后拔充电器的输出插头。通常情况下，对电池的过度放电和过度充电是有害的。因此，要勤充电，不要过充电。
　　电池的使用寿命与其放电深度有很大的关系。铅酸蓄电池尤其怕亏电放量。亏电电池使用过后请尽快充电。对于长期不使用的电池，应每隔15天左右对电池充电一次，以补偿电池存放时的自放电电量的损失。
　　充电器在使用过程中需防潮、防湿，并放置在通风良好的地方。充电器工作时有一定的温升，请注意散热，通常充电时间在7-8小时，视电池的使用状态而不同。
　　充电器属于较精密的电子设备，因此，在使用中要注意防振动。尽量不要随车携带，如确要携带，应将充电器用减振材料包装好后放置于车上工具箱内，并应注意防雨、防潮。
　　三、充电器的故障与检修
　　1、输出电压正常，但充电电流很小
　　遇到这种情况时，应该检查电压元器件是否有接触不良或损坏，如果一切正常，那么要更换充电器来排除故障。
　　2、严重发热，甚至有外壳烧化变形形象
　　这主要是部分用户经常随车携带造成部分元器件松动引起的故障。主要表现为：电压工作状态不正常，热量很大，严重时充电器外壳变形，电路板烧焦，导致电压损坏。可将虚焊处重新焊接好。如仍不能排除故障，则需检查是否有元器件开路。
　　3、充电时电源指示灯亮，充电指示灯橙色
　　首先请检查一下充电器输出插头与电池盒的充电插头有没有插紧。如确定没有问题，可检查一下电池盒上面的保险丝是否有开路或保险丝座松动接触不良现象。
　　另外，有的车型要把电池锁打开后才能充电。如果以上故障均排除，考虑一下充电器输出线是否开路，可用万用表电压档（200V档）测量一下充电器的空载输出电压，应为41-44V（配36V电池因充电器不同有所不同）如果没有话，可能是充电器输出线开路，并将充电器打开，换一根输出线，即可排除故障。
　　注意：在更换充电器的输出线时，一定要注意原机的正负极不要接反。
　　4、电源指示灯不亮，充电指示灯也不亮
　　检查充电器输入电源插头是否连接好，可将充电器输入插头插至正常的电源插座中，若情况依旧，将充电器外壳打开，观察一下机内保险丝连接是否完好，有无断路，如没有断路，先检查电源输入线是否良好，在排除电源输入线的故障后，应检查一下电路板上高压区附近的元器件是否有虚焊现象。另外，开路也会引起上述故障，如机内保险丝已断，则千万不要更换大安倍的保险丝（充电器的保险丝管一般为2A），应重点检查其元件有无损坏，可用同类型的更换。
　　5、发热量大，且伴有异常响声，充不进电
　　故障原因是输出级消振阻容损坏所致。另外，元器件的开路或虚焊也会引起上述故障。
　　6、输出部分铜箔烧断
　　打开充电器后发现充电器输出部分铜箔烧断，这通常是将电池正负极反接的结果，由此而引起的故障将会导致充电器许多元器件损坏。如果充电器保险丝没有坏，则通常更换元器件后将断铜箔连上即可恢复正常。如果充电器的保险丝已断，则故障较严重，有可能要逐一检查并更换各损坏元器件。
　　7、工作时有异常响声，电源指示灯与充电指示灯暗且闪烁
　　故障原因是元器件损坏，可更换损坏元器件，并使充电器输出电压在正常工作范围内。
　　8、输出电压很高
　　输出电压很高（大于50V），其故障原因是某元器件短路或开路，具体判断时可测量集成电路的脚电压。
　　注：更换后，应重新用万用表测量车此时的充电器输出电压，正常值应为41-44V之间，如果有偏差，须调整元器件，使充电器输出电压保持正常。
　　四、影响控制器可控性的因素
　　影响控制器可控性的因素：控制器的失效，从表现形式来看，一般有以下几种：
　　1、功率器件损坏；
　　2、控制器内部供电电源损坏；
　　3、控制器工作时断时续；
　　4、连接线磨损及接插件不良或脱落引起控制信号丢失。
　　针对上换效形式的起因分析如下：
　　A、 功率器件的损坏，一般有以下几种可能：电机损坏引起的；功率器本身的质量差或选用等级不够引起的；器件安装或振动松动引起的；电机过载引起的；功率器件驱动电路损坏或参数设计不合理引起的。
　　B、 控制器内部电源的损坏，一般有以下几种可能：控制器内部电路短路；外围控制部件短路；外部引线短路。
　　C、 控制器工作起来时断时续，一般有以下几种可能：器件本身在高温或低温环境下参数漂移；控制器总体设计功耗大导致某些器件局部温度过高而使器件本身进入保护状态；接触不良。
　　D、连接线磨损及接触插件接触不良或脱落，一般有以下几种可能：线材选择不合理；对线材的保护不完备；接插件压接不牢。
　　五、控制器故障与检修
　　通过测量控制器连接部件或引线的电源电压或信号电压，可分析判断出控制器的故障所在。以下是控制器常见故障的检测与排除方法。
　　1、  有刷控制器没有输出
　　将万用表设置在+20V（DC）档位，先测量闸把输出信号的高、低电位。如果捏闸把时，闸把信号有超过4V的电位变化，则可排除闸把故障。之后，按照有刷控制器常用芯片引脚功能表，测量出的主控芯片与逻辑芯片的电压值进行电路分析，并检查各芯片外围器件（电阻、电容、二极管）的数值是否和元件表面的标识相一致，检查出是外围器件或是集成电路出现故障。我们可以通过更换同型号的器件来排除故障。
　　2、  无刷控制器没有输出
　　无刷控制器电源与闸把的故障可以参考有刷控制器的故障排除方法予以排除。
　　3、  飞车
　　飞车故障一般是由MOS管击穿引起的。判断MOS管好坏的方法，可用万用表的二极管档位测量MOS管二个引脚，应该没有短路现象。如果MOS管损坏，则可以通过更换同型号的器件来排除故障。
　　4、  有刷控制器部件的电源不正常
　　控制器内部电源一般采用三端稳压集成电器，一般用7805、7806、7812、7815规格的稳压集成电路，它们的输出电压分别是5V、6V、12V、15V。将万用表设置在直流电压+20V（DC）档位，将万黑表表笔与红表笔分别*在转把的黑线和红线上，观察万用表读数是否与标称电压相符，它们的上下电压差不应超过0.2V，否则说明控制器内部电源出现故障了。一般有刷控制器可以通过更换三端稳压集成电路排除故障。
　　5、  无刷控制器完全没有输出
　　参照无刷控制器主相位检查测量图，用万用表直流电压+50V档，检测6路MOS管栅极电压是否与转把的转动角呈对应关系。如果没有对应关系，表示控制器里的PWM电路或MOS管驱动电路有故障。参照无刷控制器主相位检查图，测量芯片的输入输出引脚的电压是否与转把转动角度有对应关系，可以判断出是哪些芯片有故障。更换同型号芯片即可排除故障。
6、  电路元件的更换方法与注意事项
　　在检测出集成电路、MOS管损坏的情况下，就需要更换集成电路、MOS管，下面介绍一下常用的操作方法。
　　A、拆卸集成电路
　　拆卸时，用酒精灯火焰外焰加热印刷电路板焊接成电路引脚焊盘，快速均匀地移动印刷电路板，直至所有焊盘的焊锡融化，用镊子将集成电路从印刷电路板上取下。焊接时，将焊孔里的焊锡清除干净，将集成电路插装好，用接地良好的电烙铁迅速焊接好各引脚。注意速度要快，以免因焊接时间长，引起局部温度过高，损坏电路或焊盘。
　　B、拆卸功率器件
拆卸时，将MOS管或三端稳压的管脚剪断，然后分别焊下它们的引脚，这样可以避免拆卸大管脚元件时损坏印刷电路板焊盘。
　　C、焊接集成电路、功率器件
　　焊接的窍门在于是否能一次性焊接好。因为电烙铁是有一定热量的，如果将电烙铁长时间停留在焊接处，很可能会使电烙铁上的热量传递到非焊接的部件止，损坏高精密度的部件。这就是电动车电元件焊接时，特别值得注意的地方，以此来避免损坏元件内部的电路。焊接集成电路、功率器件，首先要除去多余的焊锡，使焊锡清洁，要让焊盘孔清晰可见。然后用小于等于30W的电烙铁将集成电路和功率器件焊锡在相应的位置上。
　　六、控制器的结构
　　（一）控制器的命名、特点
　　控制器的功能主要是控制电机旋转速度，并对整车的电气系统进行有效的保护。根据所要驱动的电机的形式，参数的不同，要选择的控制器的参数也不同。国标对电动车控制器的命名标准如下：
　　1、控制器的命名
　　产品名称代号
　　ZK：有刷电机用普通型驱动控制器
　　ZKC：有刷电机用智能型驱动控制器
　　WZK：无刷电机用普通型驱动控制器
　　WZKC：无刷电机用智能型驱动控制器
　　命名举例
　　ZK3610A：普通有刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家A类产品。
　　ZK3610C：普通有刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家C类产品。
　　ZKC2410KA：智能有刷控制器，额定电压24V，额定电流10A，厂家KA类产品。
　　WZK3610C：普通无刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家C类产品
　　WZKC3610E：智能无刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家E类产品。
　　2、控制器的特点
　　电动自行车各种型号的控制器特点如下表：
控制器名称
代表型号
电路结构
功率管数
骑行模式
功能描述
普通有刷
ZK3610A
简单
1—2
单一“电动”骑行功能
欠压、限流/过流
智能
ZKC3610E
简单
1—2
“助力”“电动”“定速”
欠压、限流/过流、故障自检/显示欠压、限流/过流
普通无刷
WZK3610A
复杂
6
单一“电动”骑行功能
智能无刷
WZKC3610E
复杂
6
“助力”“电动”“定速”
欠压、限流、电机堵转保护、缺相保护、故障自检/显示
　　（二）典型模块电路结构与通用参数
　　各种控制器的特点不一样，其内部的工作原理也不一样，下面分别介绍各种控制器的结构与典型的电路图。
　　1、有刷控制器的模块电路与电路
　　典型的有刷控制器的原理框图如下，其中：

　　（1）内部稳压电源用以提供控制器内部电子元件的工作电压。
　　（2）PWM芯片根据转把的输入电压，输出相应脉冲宽度的方波给MOS管驱动电路。
　　（3）MOS管驱动电路将PWM信号整形提供给MOS管。

　　（4）MPS管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受PWM信号的控制。
　　（5）欠压保护电路在电池电压降低到控制器设定值以下时，停止PWM芯片信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。
　　（6）限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保持电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。
　　PWM：是Pules Width Modulation的缩写，意思是脉冲宽度调制。是直流调压或直流调速中能量利用率较高的一种方式。普通有刷控制器的代表型号是ZK3610A，其典型电路图如下：

标称项目
使用参考
额定电压
匹配使用贮电压
额定电流
允许长时间放电的最大电流
欠压保护
电池电压在保护数值以电机供电
限流/过流保护
允许短时间放电的最大电流
使用温度
控制器内部元器件能正常工作的温度范围
转把信号
可以正常调速的转把信号电压数值
刹车信号
刹车时，闸把信号的高低电位

　　维修时，应根据电动车实际使用的环境（如温度等），和匹配的要求（如电池电压、转把信号、闸把信号、电机功率等参数），选择合适的控制器。
　　2、无刷控制器的模块电路与电路图
　　典型的普通无刷控制器的原理框图如图，其中：内部稳压电源提供控制器内部电子元件的工作电压。
　　主处理芯片根据无刷电机的霍耳信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路，给出有选择性的打开与关闭信息，以完成对电机的换向。同时，根据转把的输入电压大小，将相应脉冲宽度的载波信号，与下三路MOS管导通信号混合，以达到控制电机速度的目的。
　　MOS管驱动电路将PWM信号整形放大，提供给MOS管。另外，对于上三路的三个MOS管来说，它们的驱动电平要求高于电池供电电压，因此MOS管驱动电路还要具有升压功能，将上三路的MOS管导通信号变成高于电池电压的超高方波信号。
　　霍耳元件：霍尔效应是取名于物理学家的名字爱得文•霍耳。1879年霍耳发现：在与通电的导体或半导体的电流方向垂直的方向上施加磁场时，会在既与电流垂直又与磁场垂直的方向上出现感应电压。这一效应叫霍耳效应。利用霍耳效应制成的磁感应元件叫霍耳元件。
　　MOS管：金属氧化物半导体的英文缩写。这里指控制器里面的大功率开关管。
　　MOS管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受导通信号与PWM信号合成的混合信号。
　　欠压保护电路在电池电压降低到控制器设定值以下时，停止PWM芯片信号的输出，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）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。
　　需要强调的是，无刷控制器相角必须和无刷电机相角一致，这样的电机才能转动。
（三）控制器的输入信号特征
　　从上面有刷和无刷控制器的电路图可以看出，控制器的负载是有刷电机和无刷电机，输入控制信号都是转把与闸把。转把与闸把的结构不一样，它们的信号特征也不一样，控制器能接受什么样的转把信号与闸把信号，就要选择什么信号的转把与闸把。下面讲一下有关转把与闸把的信号特征。
　　1、转把的结构、信号特征及其信号改制
　　转把的结构
　　电动车的转把有3根引线：分别是电源（+5V）、地线和转把信号线（线形连续变化信号）。
　　三端稳压：只有输入、地线、输出3个引脚的直流线性稳压集成电路。用作直流电路稳压。
　　电动车上使用的转把有光电转把和霍耳转把两种，目前采用霍耳转把的电动车占绝大多数。
　　常见线性霍耳元件型号有：3501、3503、3508、3515、3516、3517、3518。霍耳转把的内部电路如图。
　　转把的信号特征
　　霍耳转把输出电压的大小，取决于霍耳元件周围的磁场强度。转动转把，即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。
　　在电动车上使用的霍耳转把的信号有以下几种。
输出电压
正把/5V供电
反把/5V供电
单霍耳转把
1.1——4.2(最多)
4.2——1.1（少量）
单霍耳转把
2.6——3.7(极少)
3.7——2.6
单霍耳转把
1——2.5
2.5——1
单霍耳转把
2.5——4
4——2.5
双霍耳转把
0——5
5——0
光电转把
0   5（少量）
5    0

　　其中最常用的是以下两种信号的转把：1  4.2V（俗称正把）4.2V（俗称反把）。两种信号的转把中，又以1.0  4.2V的转把占绝大多数。其它输出电压的转把，目前市场中存在很少，已成为事实中的非标产品。这种非标的转把在早期的电动车上比较常见。而目前市场上通用的控制器绝大多数是识别1  4.2V转把信号的产品。当电动车的转把或控制器需要维修更换时，一旦遇到转把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对转把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。
　　转把输出信号改制
　　将转把拆开，改变转把里面磁钢工作面的极性，就可以改就转把输出的电位。如果转把内有两个磁钢，分别将两个磁钢都转180°，再装好；如果转把内只有一个磁钢，将磁钢取出，反转180°后，装好转把，这样就改变了转里面霍耳元件工作磁场的起始位置，从而实现了转把输出信号的改制。如图;
　　传感器：将机械部件的运动（如转动、位移等）或变化（如温度、压力、光线等）转换成电信号的装置。电动车常见的传感器有：闸把内微动开关、无刷电机和转把内部的霍耳元件、检测助力大小的器件、检测整车速度的霍耳元件等。
　　霍耳转把：大多数电动车的调速部件。转把转动，带动转把内部磁钢转动，引起磁场强度变化，利用线性霍耳元件获得线性的电压变化信号。
　　优点是：防水、防尘、耐磨。
　　霍耳闸把（电子闸把）：闸座里面安装开关型的霍耳元件，闸把上安装磁钢，将捏刹车的机械动作感应成控制器能识别到的电信号。

　　优点是：防水、防尘、耐磨。
　　2、闸把的结构、信号特征及其信号改制
　　□闸把的结构
　　转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，闸把信号则相反，它是使电机停止转动的制动信号。电动车标准要求电动车在刹车制动时，控制器应能自动切断对电机的供电。因此电动车闸把上应该有闸把位置传感元件，在捏刹车把时，将刹车信号传给控制器。控制器接受到刹车信号后，立即停止对电机的供电。
　　电动车闸把的位置传感元件有机械式微动开关（分机械常开和机械常闭两种），和开关型霍耳感应元件（分刹车低电位和刹车高电位）两种。常见单极性开关霍耳元件型号有：3122、3123、3141、3143、3144、3161、324、3361、3362。其典型内部电路如下：

　　闸把的信号特征
　　一般机械常开的刹车信号是常高电位。当刹车时，闸把内部的微动开关闭合，其信号变成低电位。
　　一般机械常闭的刹车信号是常低电位。当刹车时，闸把内部的微动开关打开，其信号变成高电位。
　　一般电子低电位闸把的刹车信号是常高电位。当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成低电位。
　　一般电子高电位闸把的刹车信号是常低电位，当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成高电位。
　　闸把信号的改制
　　刹车信号高低电位的变化，是控制器识别电动车是否处于刹车状态，从而判断控制器是否给电机供电的依据。当电动车的闸把或控制器需要更换时，会遇到闸把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对闸把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。因此在维修实践中，不论闸把的形式如何，也不论控制器识别何种刹车信号，应做到能对各种形式的刹车信号进行适当改进，以匹配成控制器能识别的信号。