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电子电路设计与方案
0 引言
退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。
无刷直流电机与有刷直流电机相比，具有功耗低、换向可靠，体积小、重量轻、输出扭矩大，使用寿命长等优点，在工业控制、医疗器械、家用电器等领域有广阔的应用前景。
目前无刷直流电机广泛使用在电动车领域，本文针对无刷直流电机控制器多线束的情况，用连接器代替连接线，设计了无线束结构控制器，无线束控制器将是传统控制器的重要发展趋势，能够满足行业对产品更加苛刻的需求。
1 控制系统组成及功能
控制系统主要有电源、电机、控制器等，其中控制器位
于核心地位，是整个控制系统的关键，也是负责组织各个部
分协调工作的中心。整车的控制系统框图如图1所示。
图1 电动车控制系统框图
从图2中可以看出，
控制器由单片机及其外围电路构成，
包括输入信号处理电路、输出信号处理电路、电源电路、电机驱动电路等。
2 控制器硬件电路设计
本文对电动车控制器的硬件功能需求进行说明。
图2 电动车控制器功能框图
■2.1 电机驱动电路
电机驱动电路包括MOS 管三相全桥电路和三极管驱动电路，电路原理图如图3所示。
分析：当A10为低电平时，三极管v16导通，导通发
射极和基极导通压降为0.3V，发射极电流Ie=3.27mA,Ic=-1mA；三极管t1发射极基极压降为1V，三极管导通，t2基极电压大于发射极电压，处于截止状态；此时MOS 管V1,V2导通当A10为高电平时，三极管v16截止，集电极电流为0；则三极管t1发射极和基极压降为0，t1截止；t2基极电压下拉为0，T2管导通，V1，V2 MOS 管门极电压为0，V1，V2关闭MOS 驱动电阻为E1 W1，具体调整需
参考MOS 型号自举电容CD11，上电时单片机会使下管导通很短时间，CD11通过下管MOS 进行充电。
C10和R95为母线吸收电容，当MOS 开通和关断的时候会产生尖峰电压，C10和R95可以吸收此尖峰电压。对
应接口定义如表1所示。 ■2.2 电源模块设计电源模块电路包括+48V 转+15V 电路、+15V 转+5V
电路、+5V 转+3.3V 电路三个电压转换电路。电路原理图如图4所示。
分析：此电源模块是自激式开关电源。R61,R57,R1,R
62,R63为限流电阻也可做电源保险丝作用。C17为电源主
电动车直流无刷电动机无线束控制器的硬件设计
马明
（南通开放大学机电工程学院，江苏南通，226006）
基金项目：江苏开放大学、江苏城市职业学院第三批精品课程建设项目。
摘要：电动车控制器是用来控制电动车电机的核心控制器件，文章阐述了电动车控制系统的组成，进而给出了控制器的功能，按照电动车控制器的硬件功能需求详细分析了电机驱动电路、电源电路、刹车电
路等硬件电路的设计，给出了电路的详细说明及接口定义，为进一步软件设计打下了基础，在控制器设计过程中，用连接器代替连接线，设计了无线束结构控制器，无线束控制器将是传统控制器的重要发展趋势，能够满足行业对产品更加苛刻的需求。关键词：电动车；无刷电机；无线束控制器
16 | 电子制作 2019年11月
电容。Q23为此电源的开关管，通过Q23的导通和关断，产生能量传输到变压器二次侧。D14，R80，C78为RCD 吸收回路，主要吸收电源开通关断时产生的尖峰电压。R13为电流检测电阻，当通过R13的电流增大时，R13上的电压也增大，约（0.3~0.4V)将Q24导通，Q23关闭，从而保护
电源。C18和R38组成充放电电路，主要控制Q23的导通
和关闭。
图4 电源模块电路
行充电，关断时L1对CD6进行放电。V14的开通与关断主要由V13决定，R13和C18组成RC 充放电电路，控制
V13的通断。
图5 降压式BUCK 电路
DZ1 R65 R64为输出电压采样电路，主要是控制Q8的
通断，当输出电压过高时，Q8导通，V13关闭，V14关闭。对应接口定义如表2所示。 ■2.3 刹车电路设计
刹车模块分为两部分，高刹和低刹。高刹是指刹车断电
方式为高电平(>=+5V)；低刹是指刹车的断电方式为0V(负极)。区别在于高电平刹车使用正极，低电平
刹车使用负极。
两种刹车的接口电路如图6所示。
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图6 刹车电路
分析：S1\S2为低刹接口，D6是为了防止高电平串入，
损坏芯片；SH 为高刹接口，Q6作为开关模块，在电压大于8V 及以上时，三极管导通，拉低PC15电平，实现刹车信号输入。
刹车一方面通过硬件控制刹车盘，使电动车减速。另一
方面给电动车控制器信号，控制其断开电源输入。对应接口如表3所示。
油门手柄需要+5V 的输入电压，控制手柄产生的输出
电压范围在1.2V~4.2V 之间，经过阻容滤波到控制芯片。电
路如图7所示。
图7 油门手柄电路
分析：Ts+是调速手柄输入电压，Ts 是调速手柄输出
模拟信号。对应接口定义如表4所示。
2.5 换挡电路
图8 换挡电路
分析：换挡接口采用IO 信号，下降沿触发，转把按键
按下一次，更换一次档位，档位变化顺序为1->2->3->1。
电动车控制器维修无线束结构控制器是传统控制器的一个重要发展趋势，
其优势有：（1）无线束结构可以通过模具和PCB 综合设计使得MOS 直接贴在壳体上，更有利于散热，产品质量也更好，传统控制器的12管和15管的产品都可以统一成无线束产
品的12管；（2）无线束产品的接口统一定义，有利于控制器生产厂商进行备货，同时由于插线量的下降，也有利于加工方生产效率的提高，从整车厂的角度来看，由于接插件数量的减少，整车的返修率也会下降；（3）由于接口作用已定义好，一旦客户使用了该控制器，若是更换供应商需要对整车的控制线进行修改，会产生一定的更换成本，通过这
种方式增加了客户的粘度；（4）无线束控制器外形更加美观，
满足高端客户对产品更加苛刻的需求。
参考文献
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