无刷电瓶车单片机控制器原理与检修.doc

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四川 伍九林
单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。
一、 电路简介与自检

开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：

1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。

2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。

3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。

4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。

5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。

自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。

闪l停l--自检正常通过

闪2停l--欠压

闪3停l--LM358故障

闪4停1--电机霍尔信号故障

闪5停l--下管故障

闪6停l--上管故障

闪7停1--过流保护

闪8停l--刹车保护

闪9停1--手把地线断开

闪10停1--手把信号和手把电源线短路

闪l停11--上电时手把信号未复位

若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。

电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、U6等组成欠压保护电路，当蓄电池电压下降到设定值时，U6即停止输出，避免电池过度放电。此外U6分别为模拟三相交流电的6组上下功率管输入预先设定的换相信号，这6组上、下功率管必须按严格顺序依次导通和关闭，其次U6处理转把的调速电压并输出PWM(即脉冲宽度调制)信号和U6输出的换相信号在后级电路中混合叠加输出控制电压，去分别控制3路上、下功率管的导通和截止。

二、 故障检修

在检修时，首先要排除短路故障，特别是末级功率管。在电门锁一侧，可以断开电门锁插接件测电流，若为正常的约65mA则说明控制器前级无短路。

其次当无短路而电机不转时，要先检查初始化自检条件是否正常(如前面所述)。

检查电机霍尔元件好坏的一种简单方法：打开电门锁，用不带阻尼的指针式(下同)万用表交流10V挡分别测U6的?、?和?脚即电机霍尔的w、V和u相的输入端，用手慢慢转动电机轮，如果看见表上的指针在0～4V左右摆动，则说明电机霍尔元件基本正常。

检查控制器前级是否正常的方法，先要控制器自检通过，观察LED2即自检灯看出正常与否，若LED2闪一次停一次，说明自检通过，否则应检查自检灯指示的相关故障电路，自检正常通过后，月万用表交流10V挡测试U6的○26、○27和○28脚(即下管换相信号)，转动转把使电机轮尽量旋转慢一点，若表针在O～4V左右摆动，再测U6的23、24和⑤脚(即上管换相信号)，表针应在O～2V左右摆动。然后测U6的13脚(即PWM输出脚)，此点电压随转把的转动而变化若为0V～4.8V，说明单片机U6输出基本正常 。

电机电流检测和保护电路由电流取样电咀R5、R6和U1等组成，当无刷电机电流增大到使Ul的②脚电压大于③脚约O.23V时，U1的①脚电压跳变至低电平，U6的21脚变为低电平，单片机进入过流保护状态。

(控制器)控制器故障与维修

影响控制器可靠性的因素：
一.控制器的失效，从表现形式来看，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。
二.针对以上失效形式起因分析如下：
A、功率器件的损坏，一般有以下几种可能：电机损坏引起的；功率器件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；接插件的选型不好；线束与接插件的压接不牢。

▲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查与排除方法。
一、有刷控制器没有输出
先检查闸把输出信号的高、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，与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表识相一致，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。
二、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。
三、飞车
飞车故障一般是由MOS管击穿引起的，如果MOS管损坏，则可以通过更换同型号的器件来排除故障。
四、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，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。
五、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，检测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。
下表是无刷控制器常用芯片引脚功能。
六、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，下面介绍一些常用的操作方法。
1、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。
2、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。
3、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的停留在焊接处，很可能会使电烙铁上的热量传递到非焊接的部件上，损坏高精度的部件。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