[发明专利]微功耗电动自行车控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微功耗电动自行车控制器。 

背景技术

图1电路是有刷直流电机控制器，其核心是PWM脉宽调制，采用控制芯片TL494，另外包括了电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等。H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V-1V的电压。该电压加到TL494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。36V输入电压经过KEY1以后，直接进入电机，当MOS管Q2饱和导通时，电机有电流通过而转动，当Q2截止时，电机外加36V蓄电池电压不再供电，但因电感L1和电容C1、C2、C3的存在，电机中仍有电流通过，电机仍转动，电机转动的速度由通过电机的直流电压决定，而直流电压是由Q2输出的脉冲宽度决定。控制速度的把手霍尔H的松紧决定了Q2输出电压的脉宽。 

图2电路是永磁无刷直流电机控制器，其核心也是PWM脉宽调制，采用控制芯片MC33035。主处理芯片根据无刷电机电机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，完成电机换向。同时，根据转把霍称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。无刷电机的控制有2个霍尔器件，电机霍尔控制直流电压的换向，转把霍尔控制电机速度。 

输出脉冲的幅值就是蓄电池单边下降的端电压，正常工作时，MOS管IRF3205在一个换向周期内，输出一串脉冲波，此脉冲波的个数，由工作频决定。蓄电池端电压越低，或速度要求越高时，输出脉冲越宽，占空比越大，这是因为直流电机的转速是由输入直流电压值决定的，电压越高，速度越大，当蓄电池端电压下降到一定值时，或速度提高到一定值时，脉冲宽度，或占空比为100％，即输出的是直流电压，不再是一串脉冲波。 

传统电动自行车控制器一般采用Buck电路拓朴，无论是有刷还是无刷直流电机，调速的方法都是调节输入直流电压的幅值，在上述两种控制器中，速度的控制，即直流电压幅值的调节，是靠改变调宽脉冲方波的占空比完成的，其工作方法是，首先把输入的一种直流电压全部变成高频率方波，然后用大电容滤波，变成另一种直流电压，这种方法有以下毛病： 

1)采用脉宽调制的方法，高频率、大功率方波的产生过程，也就是强烈EMI干扰产生的过程，直流变换器相当于一个高频功率发射台，可以想见，所产生的干扰何其严重。 

2)功率变换过程中，输入功率的全部必须进行实际的功率变换，所有变换的功率必须通过磁芯变压器或电感传递才能到达输出端，损耗大，效率低。 

发明内容

微功耗电动自行车控制器首先根据霍尔速度控制转把的位置产生一个稳定的、幅值可变的直流电压，然后将此直流电压直接引入电机。对于有刷直流电机，用一个直流开关即可，对于无刷直流电机，采用三相桥式开关，这里的开关，仅仅只是开关，无任何意义的高频损耗。因为在一个换向周期内，开关管IRF3205输出的永远是直流电压，而非一串脉冲波。这一产生一个稳定的、幅值可变的直流电压的电路就是直流变幅器。 

图3是直流变幅器原理框图，当输入电压在额定范围(由霍尔速度控制转把的位置决定)之内时，不必进行任何功率变换，输入电压直接到达输出端，成为输出电压。当输入电压大于额定电压时，经过电压切割电路，把大于额定电压的那部份电压切下来，进行传统功率变换，变换成额定输出的直流电压，连同切割剩下来的那部份直流电压并行输出。当输入电压小于额定电压时，经过电压补偿电路，把输入电压中小于额定电压的那部份直流电压补偿起来，即由补偿电路产生一个补偿电压，此电压恰好是额定电压和输入电压之差，叠加在输入电压之上，即输出电压是输入电压和补偿电压之和。 

上述变幅器输出的直流电压Vo的幅值是根据霍尔速度控制转把的位置决定的，Vo的幅值决定了电机的转速。与采用改变输入电压频率的方法调节交流电机速度的变频器相类似，此处采用改变输入电压幅值的方法调节电机速度，故称变幅器。