控制器原理及可靠性（二）
電動(dòng)車(chē)商情 電動(dòng)車(chē)商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車(chē)維修 2005-2-21
| 第三節(jié) 控制器可靠性及質(zhì)量判斷 1、電動(dòng)車(chē)控制器的實(shí)現(xiàn)方式與組成部分 目前電動(dòng)自行車(chē)用有刷無(wú)刷控制器普遍采用PWM調(diào)速方式，控制器內(nèi)部必需要PWM發(fā)生器電路，另外還有電源電路，功率器件，功率器件驅(qū)動(dòng)電路，控制部件（轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)霍耳等）信號(hào)采集與處理電路，過(guò)流與欠壓等保護(hù)電路。 2、影響控制器可靠性的因素 控制器的失效，從表現(xiàn)形式來(lái)看，一般有以下幾種，1）功率器件損壞；2）控制器內(nèi)部供電電源損壞；3）控制器工作時(shí)斷時(shí)續(xù)。4）連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號(hào)丟失。針對(duì)以上失效形式的起因分析如下： A、功率器件的損壞，一般有以下幾種可能：電機(jī)損壞引起的，功率器件本身的質(zhì)量差或選用等級(jí)不夠引起的，器件安裝或振動(dòng)松動(dòng)引起的，電機(jī)過(guò)載引起的，功率器件驅(qū)動(dòng)電路損壞或參數(shù)設(shè)計(jì)不合理引起的。 B、控制器內(nèi)部電源損壞，一般有以下幾種可能：控制器內(nèi)部電路短路，外圍控制部件短路，外部引線短路。 C、控制器工作起來(lái)時(shí)斷時(shí)續(xù)，一般有以下幾種可能：器件本身在高溫或低溫環(huán)境下參數(shù)漂移，控制器總體設(shè)計(jì)功耗大導(dǎo)致某些器件局部溫度過(guò)高而使器件本身進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，接觸不良。 D、連接線磨損及接插件接觸不良或脫落，一般有以下幾種可能：線材選擇不合理，對(duì)線材的保護(hù)不完備，接插件的選型不好，線束與接插件的壓接不牢。 3、提高控制器可靠性的方案 了解電動(dòng)車(chē)控制系統(tǒng)可能發(fā)生故障點(diǎn)以后，有針對(duì)性的可靠性設(shè)計(jì)就有了目標(biāo)。 A、首先是功率器件的型號(hào)，品牌，產(chǎn)地與供應(yīng)商的選擇，然后對(duì)功率器件的篩選老化，以上兩點(diǎn)是提高功率器件可靠性前提。在此基礎(chǔ)上，對(duì)功率器件安裝工藝的設(shè)計(jì)和對(duì)功率器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)才有意義。對(duì)無(wú)刷電機(jī)控制器而言，一般上三路功率管的驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜，目前大多數(shù)廠家采用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)。專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片的不足之處是價(jià)格較高，內(nèi)部的變頻電路采用了有源電路，轉(zhuǎn)換效率偏低，其主要的應(yīng)用場(chǎng)合是在周?chē)娐吠耆珱](méi)有交流電存在情況下，利用其內(nèi)部電路完成變頻、升壓與整流。在電動(dòng)自行車(chē)無(wú)刷控制器中由于有了PWM信號(hào)，就可以直接從電機(jī)換相的交流信號(hào)中取出頻率信號(hào)進(jìn)行倍壓整流，用于無(wú)刷控制器的上三路功率管的驅(qū)動(dòng)，這樣從電路原理上分析，有以下幾點(diǎn)好處：1、降低驅(qū)動(dòng)功率損耗，2、簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，3、使用無(wú)源電路直接有效的提高驅(qū)動(dòng)電路的可靠性。4、可以根據(jù)用戶需要，很靈活地實(shí)現(xiàn)剎車(chē)對(duì)電機(jī)的電制動(dòng)功能。 B、對(duì)于控制器內(nèi)部電源，為了防止控制器內(nèi)部或外部短路對(duì)電源的損壞，同時(shí)也是出于對(duì)電源自身的保護(hù)，可以把電源設(shè)計(jì)成多路獨(dú)立供電方式，這樣既可以防止局部電路（轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)傳感器等）發(fā)生短路而燒壞控制器，又可以防止電源電壓異常升高而擊穿外部器件。基于以上考慮，并降低電源自身的功耗，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，可以采用DC-DC模塊（直流變換器）來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于DC-DC模塊的負(fù)載能力強(qiáng)，自身的功率損耗相當(dāng)?shù)停ú坏?.1W），這樣在提高控制器的整體效率，降低控制器的運(yùn)行溫度方面有著線性穩(wěn)壓器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。總之，在有刷或無(wú)刷控制器的電路中，由于控制器內(nèi)部電源擔(dān)負(fù)著模塊電路與電動(dòng)車(chē)外圍控制器件的供電，因此控制器內(nèi)部電源的可靠性就相當(dāng)重要了，這樣不但能提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也避免了在整車(chē)裝配過(guò)程中由于誤操作而損壞控制器。 C、要克服控制器對(duì)溫度的敏感，第一是選擇溫度系數(shù)好的元器件，第二是從設(shè)計(jì)上降低各模塊電路的功率消耗，第三是盡量減少無(wú)用功消耗，第四是充分考慮到控制器的散熱。如果采用無(wú)功消耗的功率管驅(qū)動(dòng)方案，加上高效率的DC-DC電源模塊，可以將控制器的工作電流降低到30mA以下。在這里需要解釋一下的是，在電動(dòng)車(chē)控制器里，用于采樣電流信號(hào)的小阻值大功率電阻器件屬于控制器的功率器件之一，電流采樣電阻的功率消耗屬于無(wú)用功消耗，應(yīng)該算控制器功率損耗的一部分，要減小控制器的功耗，降低控制器的運(yùn)行溫度，可以利用電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流，從而達(dá)到控制電流的目的。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是，一定要有電機(jī)堵轉(zhuǎn)和換相信號(hào)丟失或錯(cuò)相監(jiān)測(cè)，以免控制器功率管擊穿或電機(jī)短路時(shí)，電流得不到控制。由于控制器直接讀取轉(zhuǎn)速電流，不但可以對(duì)過(guò)流保護(hù)或減流保護(hù)控制的非常精確，還可以利用轉(zhuǎn)速信號(hào)與轉(zhuǎn)把信號(hào)和電池電壓信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷出電機(jī)是出于什么樣的負(fù)載情況下運(yùn)行。如果是無(wú)刷電機(jī)，控制器可以針對(duì)不同的負(fù)載情況與不同的轉(zhuǎn)速信號(hào)，選擇最優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)方案，這在優(yōu)化了無(wú)刷控制器與電機(jī)負(fù)載的全功率匹配的同時(shí)也提高了無(wú)刷控制器的可靠性。 D、由于電動(dòng)車(chē)電氣系統(tǒng)信號(hào)的傳輸是用連接線束來(lái)完成的，出于提高電動(dòng)車(chē)整車(chē)的可靠性和提高控制器本身的可靠性出發(fā)，對(duì)電動(dòng)車(chē)連接線束與接插件的要求是：連接可靠，防水，防塵，抗震，防氧化，防磨損。基于以上要求，電動(dòng)車(chē)連接線束與接插件要有完備的防護(hù)套，接插件一定要達(dá)到汽車(chē)級(jí)的接插標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)的使用環(huán)境從某種意義上講，比汽車(chē)的使用環(huán)境還要惡劣。 4、控制器實(shí)時(shí)保護(hù)功能對(duì)控制器可靠性的作用 對(duì)于控制器的欠壓保護(hù)功能，保護(hù)的是電池，過(guò)流保護(hù)功能不但保護(hù)了電機(jī)，還保護(hù)了控制器本身，這是控制器最基本的保護(hù)功能。如果控制器只具有欠壓與過(guò)流（或限流）保護(hù)功能，實(shí)際上是把對(duì)電機(jī)的所有保護(hù)功能全部轉(zhuǎn)化成過(guò)流（或限流）保護(hù)功能，這樣對(duì)在復(fù)雜工況下使用的電動(dòng)車(chē)電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)可靠性就很低了。對(duì)于無(wú)刷電機(jī)控制器，由于輸入控制變量與控制器使用的功率器件比較多，控制器可以利用各種輸入信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與相當(dāng)靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以有：過(guò)流保護(hù)、減流保護(hù)、低電流過(guò)載保護(hù)、電機(jī)換相信號(hào)錯(cuò)誤保護(hù)，在沒(méi)有過(guò)流的情況下電機(jī)堵轉(zhuǎn)直接保護(hù)等。無(wú)刷控制器通過(guò)直接讀取各種控制信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或保護(hù)，這種就可以大大提高無(wú)刷控制器的設(shè)計(jì)可靠性。從批量使用的效果來(lái)看，采用實(shí)時(shí)控制與保護(hù)技術(shù)的無(wú)刷控制器返修率可以控制在千分之二以內(nèi)。 (未完待續(xù)) |
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