電動自行車用電機控制器原理與維修

    車用電機控制器近年來的發展速度(Tempo)之快，使人難以想象，操作上越來越“傻瓜”化，而顯示則越來越復雜化。比如，車速的控制已經發展到“巡航鎖定”；驅動方面，有的同時具有電動性能和助力功能，如果轉換到助力狀態，借助鏈條張力測力器，或中軸扭力傳感器，只要用腳踏動腳蹬，便可執行助力或確定助力的大小。這期本刊開始給您講述控制器的知識，讓您對控制器有一個更全面的了解。

一、控制器與保護功能
（一）控制器簡介
　　簡略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機）組成。周邊器件是一些功能器件，如執行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關電路，以及輔助單片機或專用集成電路完成控制過程的器件；單片機也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發生器和脈寬調制功能電路以及能使開關電路功率管導通或截止、通過方波控制功率管的的導通時間以控制電機轉速的驅動電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構成的計算機片。這就是電動自行車的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出現的高技術產品。
　　控制器的設計品質、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關器件電路及周邊器件布局等，直接關系到整車的性能和運行狀態，也影響控制器本身性能和效率。不同品質的控制器，用在同一輛車上，配用同一組相同充放電狀態的電池，有時也會在續駛能力上顯示出較大差別。

（二）控制器的型式
　　目前，電動自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。
　　有刷和無刷直流電機大都采用脈寬調制的PWM控制方法調速，只是選用驅動電路、集成電路、開關電路功率晶體管和某些相關功能上的差別。元器件和電路上的差異，構成了控制器性能上的不大相同。控制器從結構上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。
　　1、分離式  所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離（圖4-22、圖4-23）。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動箱內，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。
　　2、一體式  控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數量不等的小孔，孔徑4~5mm，外敷透明防水膜。孔內相應位置設有發光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。

　　（三）控制器的保護功能
　　保護功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機在運行中，因某種故障或誤操作而導致的可能引起的損傷等故障出現時，電路根據反饋信號采取的保護措施。電動自行車基本的保護功能和擴展功能如下：
　　1、制動斷電  電動自行車車把上兩個鉗形制動手把均安裝有接點開關。當制動時，開關被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關狀態。這個變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據預設程序發出指令，立即切斷基極驅動電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。
　　2、欠壓保護  這里指的是電源的電壓。當放電最后階段，在負載狀態下，電源電壓已經接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計劃自己的行程。當電源電壓已經達到放終時，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護電路即按預先設定的程序發出指令，切斷電流以保護電子器件和電源。
　　3、過流保護  電流超限對電機和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應當避免的。控制電路中，必須具備這種過電流的保護功能，在過流時經過一定的延時即切斷電流。
　　4、過載保護  過載保護和過電流保護是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動自行車說明書上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒有這種保護功能，不一定在哪個環節上引起損傷，但首當其沖的就是開關功率管，只要無刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動機運轉即變得無力，騎行者立即可以感覺到脈動異常；若繼續騎行，接著就燒毀第2個、第3個功率管。有兩相功率管不工作，電動機即停止運行，有刷電機則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險的。但只要有過電流保護，載重超限后電路自動切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。
　　5、欠速保護  仍然屬于過流保護范疇，是為不具備0速起步功能的無刷控制系統而設置，
　　6、限速保護  是助力型電動自行車獨有的設計控制程序。車速超過某一預定值時，電路停止供電不予助力。對電動型電動自行車而言，統一規定車速為20km/h，車用電動機在設計時，額定轉速就已經設定好了，控制電路也已經設好。電動自行車只能在不超過這個速度(Tempo)狀態下運行。
控制器的位置不會影響到性能，主要視設計者的意圖。
但有幾項原則：
　　（1）在運行操作允許時；
　　（2）在整體布置允許時；
　　（3）在線路布設要求時；
　　（4）在配套設施要求時。