電動車充電器壞了其實維修很簡單_電動車充電器怎么維修

充電器主要的作用是為蓄電池補充電能。它性能的好壞不僅決定充電時間的長短，而且還決定蓄電池的使用壽命。因此，它被稱為電動自行車電氣系統(tǒng)的“四大件”之一，典型的充電器如圖13-1所示。

圖13-1　常見充電器實物外形示意圖

一、UC3842+LM324構(gòu)成的充電器

由電源控制芯片UC3842和四運算放大器LM324構(gòu)成的充電器應用的比較廣泛。其中，UC3842和相關(guān)元件構(gòu)成了功率變換器部分，LM324和相關(guān)元件構(gòu)成了電壓檢測和控制部分。下面以圖13-2所示的南京西普爾SP362型充電器為例進行介紹。

1.市電濾波及變換

該充電器通上市電電壓后，市電電壓經(jīng)2A保險管F1和負溫度系數(shù)熱敏電阻RT1送到差模電容C1、C2和互感線圈LE1組成的濾波電路濾除市電電網(wǎng)中的高頻干擾脈沖后，通過D1～D4組成的橋式整流堆整流，在濾波電容C3兩端建立300V左右的直流電壓。300V電壓不僅通過開關(guān)變壓器T1的初級繞組(N1繞組)加到開關(guān)管V1的　極為它供電;另一路經(jīng)啟動電阻R5對電源控制芯片IC1(UC3842)供電端[7]腳外接的濾波電容C10充電。

2.功率變換

當C10兩端電壓達到16V時IC1內(nèi)部的啟動電路開始工作，由基準電壓發(fā)生器產(chǎn)生的5V電壓不僅為內(nèi)部的振蕩器等電路供電，而且從[8]腳輸出。該5V電壓經(jīng)C5濾波后通過定時元件R9、C6和[4]腳內(nèi)的振蕩器通過振蕩在C6兩端產(chǎn)生鋸齒波脈沖電壓，于是振蕩器輸出矩形振蕩脈沖。該脈沖作為觸發(fā)信號控制PWM調(diào)制器(RS觸發(fā)器)產(chǎn)生矩形激勵脈沖，再經(jīng)推挽放大器放大后得到開關(guān)管激勵脈沖信號，從IC1的[6]腳輸出。當開關(guān)管激勵脈沖為高電平時，通過R4驅(qū)動開關(guān)管V1導通，300V電壓經(jīng)T1的N1繞組、VI的D/S極和R6到地構(gòu)成回路，回路中的電流在繞組N1上產(chǎn)生上正、下負的電動勢，此時T1的N2、N3、N4繞組所接的整流管反偏截止，能量被存儲在T1內(nèi)部。同時導通電流在R6兩端產(chǎn)生取樣壓降，并通過R7和C7積分后加到IC1的[3]腳。當IC1的[3]腳輸入的電壓達到1V，被IC1內(nèi)部的PWM電路處理后，IC1的[6]腳輸出的激勵脈沖變?yōu)榈碗娖剑筕1迅速截止。V1截止后，流過T1初級繞組的導通電流消失，T1初級繞組產(chǎn)生反相的電動勢，于是T1的次級繞組產(chǎn)生反相的脈沖電壓，經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生直流電壓為相應的負載供電。

圖13-2　西普爾SP362型充電器電路

N3繞組輸出的脈沖電壓通過D6整流，C10濾波獲得的電壓不僅取代啟動電路為IC1供電，而且為光電耦合器PC1內(nèi)的光敏管供電。N2繞組輸出的脈沖電壓經(jīng)D7、D8整流，C16濾波產(chǎn)生的直流電壓第一路通過防止反向充電的隔離二極管D11為蓄電池充電;第二路通過R15～R18取樣后加到誤差放大器IC2的取樣端。N4繞組輸出的脈沖電壓通過D10整流，C12濾波后第一路通過R13加到光電耦合器PC1的[1]腳，為它內(nèi)部的發(fā)光管供電;第二路為芯片LM324供電;第三路通過R23限流，通過穩(wěn)壓管產(chǎn)生5V基準電壓。該電壓第一路加到IC3A[3]腳，為它提供參考信號;第二路經(jīng)R42限流加到A點。

3.穩(wěn)壓控制

該開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路由電源控制芯片IC1、光電耦合器PC1、三端誤差放大器IC2和誤差取樣電路構(gòu)成。由于誤差取樣電路是對開關(guān)電源輸出端的電壓進行取樣，所以誤差取樣方式屬于直接取樣方式。

當市電電壓降低或負載較重引起開關(guān)電源輸出電壓下降時，濾波電容C12兩端降低的電壓使PC1[1]腳輸入的電壓下降。同時C16兩端下降的電壓通過R15～R18取樣后，為IC2提供的取樣電壓低于2.5V。該電壓由IC2內(nèi)的誤差放大器放大后，使PC1的[2]腳電位升高，于是PC1內(nèi)的發(fā)光管因?qū)娏鳒p小而發(fā)光變?nèi)酰饷艄芤蚴芄庾內(nèi)醵鴮ǔ潭认陆担筆C1[4]腳輸出的電壓減小。該電壓通過R11為IC1[2]腳提供的誤差電壓變小，經(jīng)IC1內(nèi)的誤差放大器放大后，為IC1內(nèi)的電流比較器反相輸入端提供的電壓增大。該電壓與同相輸入端的電壓比較后，使IC1[6]腳輸出的激勵脈沖占空比增大，使得開關(guān)管V1導通時間延長，開關(guān)變壓器T1存儲的能量增大，開關(guān)電源輸出電壓升高到正常值，實現(xiàn)穩(wěn)壓控制。開關(guān)電源輸出電壓升高時，控制過程相反。

4.充電、顯示控制

該充電器的充電、顯示控制電路由四運算放大器LM324(IC3)、取樣電阻R20、復合發(fā)光管LED2等元件構(gòu)成。其中R20是電流取樣電阻，它串聯(lián)在蓄電池的充電回路中，充電期間會在R20兩端產(chǎn)生的下正、上負的壓降。這個壓降通過R28、R29送到A點，同時5V電壓經(jīng)R42限流也加到A點，A點電壓通過R32加到IC3D的反相輸入端[13]腳。

使用過的蓄電池因能量釋放而使電壓不足，導致開關(guān)電源的負載較重，在穩(wěn)壓控制電路的控制下，開關(guān)管V1導通時間較長，充電電流較大，為蓄電池快速充電。同時，較大的充電電流在R20兩端建立的壓降較高，使A點電壓為負壓，該電壓通過R32為IC3D的[13]腳提供負電壓，因IC3D的同相輸入端[12]腳接地為0V，所以IC3D的輸出端[14]腳輸出高電平電壓。該電壓一路通過R34限流使LED2內(nèi)的紅色發(fā)光管發(fā)光，表明充電器在快速充電;另一路使IC3A[2]腳電位高于它[3]腳輸入的參考電壓，于是IC3A的輸出端[1]腳輸出低電平控制電壓。該控制電壓一方面使D14截止，不影響開關(guān)電源的工作狀態(tài);另一方面使LED2內(nèi)的綠色發(fā)光管因無供電不能發(fā)光。

在恒流充電階段，隨著蓄電池兩端電壓不斷升高，充電電流逐步減小，開關(guān)電源在穩(wěn)壓控制電路的作用下，為蓄電池提供穩(wěn)定的44.5V充電電壓，充電器工作在恒壓充電階段。雖然此時充電電流較小，但在R20兩端產(chǎn)生的壓降仍然使IC3D的[13]腳電位低于[12]腳電位，確保紅色發(fā)光管發(fā)光。

在恒壓充電階段，隨著蓄電池兩端電壓不斷增加，充電電流進一步減小。當電流減小到轉(zhuǎn)折電流后，在R20兩端產(chǎn)生的壓降減小到使A點電壓變?yōu)檎龎海率笽C3D的[13]腳電位變?yōu)檎妷海谑荌C3D的[14]腳輸出低電平電壓。該電壓一路通過R34使LED2內(nèi)的紅色發(fā)光管因?qū)妷合Ф?另一路使IC3A[2]腳電位低于它[3]腳輸入的參考電壓，于是IC3A的[1]腳輸出高電平控制電壓。該電壓不僅通過R35限流使LED2內(nèi)的綠色發(fā)光管發(fā)光，表明蓄電池進入涓流充電狀態(tài)，而且使D15截止，于是5V電壓通過R40、R41加到三端誤差放大器IC2的取樣電壓輸入端，使IC2輸入的取樣電壓升高。該電壓經(jīng)IC2內(nèi)的誤差放大器放大后使PC1的[2]腳電位下降，PC1內(nèi)的發(fā)光管因?qū)娏髟龃蠖l(fā)光加強，于是PC1內(nèi)的光敏管導通加強，PC1的[4]腳輸出電壓升高。該電壓通過R11加到電源控制芯片IC1的[2]腳后，被IC1內(nèi)的誤差放大器、PWM調(diào)制器處理后，使開關(guān)管V1導通時間縮短，開關(guān)電源輸出電壓下降，C16兩端電壓下降到42.5V，為蓄電池提供涓流充電的低電壓。

5.保護

(1)尖峰脈沖吸收

為了防止開關(guān)管V1在截止瞬間被過高的電壓擊穿，電路中設(shè)置了由C15、R21、C4、D5、R1組成的尖峰脈沖吸收回路對過高的尖峰脈沖進行吸收，確保V1不被過高的尖峰脈沖擊穿。

(2)開關(guān)管過流保護

當蓄電池或D7、D8、D10、C12、C16擊穿等原因引起開關(guān)管V1過流，導致R6兩端產(chǎn)生的取樣電壓升高時，該電壓通過R7為IC1[3]腳提供的電壓達到1V后，切斷IC1[6]腳輸出的激勵脈沖，使V1截止，避免了V1過流損壞，實現(xiàn)開關(guān)管過流保護。

(3)欠壓保護

當控制芯片的供電電壓過低時，可能會引起芯片內(nèi)的振蕩器、推挽放大電路等電路工作異常，使芯片輸出的開關(guān)管激勵電壓失真，容易導致開關(guān)管因功耗大(開啟損耗大)而損壞。為此，需要設(shè)置欠壓保護電路。

若啟動電阻R5或IC1的[7]腳外電路異常，導致啟動期間電路為IC1[7]腳提供的電壓低于16V時，芯片內(nèi)的啟動/關(guān)閉控制電路輸出關(guān)閉信號，IC1不能啟動;當完成啟動后，若D6、R2、C10異常，導致為IC1提供工作電壓(通常稱該電壓為自饋電電壓)低于10V時，啟動/關(guān)閉控制電路再次輸出低電平信號，使5V基準電壓消失，IC1停止工作，實現(xiàn)欠壓保護。因該保護電路未采用閉鎖技術(shù)，所以保護動作后啟動電壓再次達到16V后IC1仍會啟動。

(4)軟啟動控制

該電源為了防止開機瞬間，開關(guān)管V1過激勵損壞，設(shè)置了由誤差放大器IC2、C11等元件構(gòu)成的軟啟動控制電路。

C11是軟啟動控制電容。開機瞬間因C11兩端電壓為0，所以它充電使IC2的取樣端輸入的電壓由高逐漸降低到正常，IC2的輸出端電壓由低逐漸升高到正常，致使光電耦合器PC1[4]腳輸出的電壓也由高逐漸到正常，被IC1內(nèi)部的誤差放大器、PWM電路處理后，使ZC1的[6]腳輸出的激勵脈沖占空比由小逐漸增大到正常，避免了開關(guān)管V1在開機瞬間過激勵損壞，實現(xiàn)軟啟動控制。

6.常見故障檢修

(1)充電器無電壓輸出

充電器無電壓輸出，說明充電器未輸入市電或開關(guān)電源未工作，該故障檢修流程如圖13-3所示。

圖13-3　充電器無電壓輸出故障檢修流程

方法與技巧　當電源控制芯片IC1(UC3842)供電端[7]腳的啟動電壓異常時，可在路測IC1[7]腳對地電阻的阻值，若阻值過小，說明C10、D5或IC1的[7]腳內(nèi)部電路對地短路或漏電;若[7]腳對地阻值正常，檢查啟動電阻R5是否開路或阻值增大。當IC1供電端[7]腳的電壓達到32V，或IC1的[7]腳有16V的啟動電壓，而它的[8]腳沒有5V電壓輸出，都說明IC1損壞。

注意　開關(guān)電源未工作時，濾波電容C3會在切斷電源后仍存儲一段時間的高電壓，檢修時需對該電容放電，以免發(fā)生危險。

開關(guān)管V1損壞后，必須檢查R6、R7、R4是否被連帶損壞。為了防止更換的開關(guān)管再次擊穿，必須檢查三方面電路：一是由R1、D5、C4、C15、R21組成的尖峰脈沖吸收回路的元件;二是電源控制芯片UC3842是否損壞;三是必須檢查穩(wěn)壓控制電路。穩(wěn)壓控制電路的檢修見輸出電壓高部分。

(2)充電器輸出電壓過高

充電器輸出電壓過高，說明充電器內(nèi)的穩(wěn)壓控制電路異常，該故障檢修流程如圖13-4所示。

圖13-4　充電器輸出電壓過高故障檢修流程

提示　輸出電壓高不僅會縮短蓄電池的使用壽命，而且容易導致充電器內(nèi)部的開關(guān)管V1擊穿，或濾波電容C12、C16擊穿(有時會炸裂)等故障。

(3)充電器輸出電壓低

充電器輸出電壓低，說明穩(wěn)壓控制電路、負載電路、自饋電電路、充電控制電路異常，該故障檢修流程如圖13-5所示。

圖13-5　充電器輸出電壓低故障檢修流程

提示　輸出電壓低的同時開關(guān)變壓器T1多會發(fā)出高頻“吱吱”叫聲。懷疑三端誤差放大器IC2、光電耦合器PC1異常時，也可采用代換法進行判斷。另外，充電控制電路異常還會產(chǎn)生充電狀態(tài)不能正常轉(zhuǎn)換的故障。

二、TL494+HA17358構(gòu)成的充電器

由電源控制芯片TL494和雙運算放大器HA17358為核心構(gòu)成的普通型充電器應用的較多，其中，TL494和相關(guān)元件構(gòu)成了功率變換器部分，HA17358和相關(guān)元件構(gòu)成了電壓檢測和控制部分。下面以路邦電動自行車采用的BMCH-36型智能充電器為例進行介紹。電路如圖13-6所示。

1.市電濾波及變換

該充電器通上市電電壓后，市電電壓經(jīng)保險管FU送到由差模電容C20、C4和互感線圈T1組成的線路濾波器濾除市電電網(wǎng)中的高頻干擾脈沖，再通過D1～D4組成的整流堆橋式整流，由C15濾波，在C15兩端建立310V左右的直流電壓。市電輸入回路的PT是負溫度系數(shù)熱敏電阻，它可在開機瞬間限制C15因充電產(chǎn)生的沖擊大電流。

2.功率變換器

該變換器采用了自激啟動、他激工作方式。自激式啟動電路由開關(guān)管V1、V2和電阻R30～R33，以及變壓器T2和T3等元件組成，他激工作方式由PWM控制芯片TL494和相關(guān)元件構(gòu)成。由于TL494的[13]腳接5V電壓，所以TL494的輸出方式被設(shè)置為雙端輸出方式。

接通電源瞬間，由市電變換電路產(chǎn)生的310V電壓不僅加到V1的c極，而且通過啟動電阻R32和限流電阻R33限流后加到V1的b極使它導通。V1導通后，310V電壓通過V1的c、e極、激勵變壓器T2的[2]-[4]繞組、開關(guān)變壓器T3的[1]-[2]繞組、C17到地構(gòu)成回路。回路中的電流在T3的初級繞組上產(chǎn)生[2]腳正、[1]腳負的電動勢，在T2的[2]-[4]繞組上產(chǎn)生[2]腳正、[4]腳負的電動勢，于是T2的[1]-[2]繞組產(chǎn)生[1]腳正、[2]腳負的感應電動勢，它的[3]-[5]繞組產(chǎn)生[3]腳正、[5]腳負的電動勢。[3]-[5]繞組的電動勢使開關(guān)管V2截止，[1]-[2]繞組輸出的電動勢通過C14、R33反饋到V1的b極，使V1迅速進入飽和狀態(tài)，流過T3的[1]-[2]繞組的電流線性增大，磁感應強度隨之增大。當磁感應強度增大到飽和點時，電流急劇下降，由于電感中的電流不能突變，所以T2和T3各個繞組產(chǎn)生反向(相)電動勢。T2的[1]-[2]繞組產(chǎn)生的反相電動勢使V1迅速截止，而[3]-[5]繞組產(chǎn)生的反相電動勢通過C13和R31使V2導通。此時，C17兩端電壓通過T3的[1]-[2]繞組和T2的[2]-[4]繞組、V2的c、e極到地構(gòu)成回路。該回路中的導通電流使T3的[1]-[2]繞組產(chǎn)生[1]腳正、[2]腳負的電動勢，T2的[2]-[4]繞組產(chǎn)生[4]腳正、[2]腳負的電動勢，隨后V2截止，使T2、T3各個繞組再次產(chǎn)生反相的電動勢，于是使V1再次導通。重復以上過程V1和V2工作在自激振蕩狀態(tài)。該電源進入自激狀態(tài)后，T3的次級繞組輸出的脈沖電壓經(jīng)D9和D10全波整流，C17濾波產(chǎn)生直流電壓。

C17兩端產(chǎn)生的電壓加到電源控制芯片TL494(IC1)供電端[12]腳，通過基準電源形成5V電壓，該電壓不僅為IC1內(nèi)部的觸發(fā)器、比較器、誤差放大器、振蕩器等電路供電，而且從[14]腳輸出，為充電控制電路提供參考電壓。振蕩器獲得供電后，與[5]腳、[6]腳外接的定時元件C10、R20通過振蕩產(chǎn)生鋸齒波脈沖電壓。該鋸齒波脈沖電壓作為觸發(fā)信號，控制PWM比較器產(chǎn)生矩形激勵脈沖，再經(jīng)RS觸發(fā)器產(chǎn)生兩個極性相反、對稱的激勵信號，通過驅(qū)動電路放大后從IC1的[8]腳和[11]腳輸出。從IC1[8]腳和[11]腳輸出的激勵脈沖通過V4和V3放大后，再經(jīng)T2耦合，驅(qū)動開關(guān)管V1和V2交替導通，從而使開關(guān)管進入他激式工作狀態(tài)。開關(guān)電源進入穩(wěn)定的他激式工作狀態(tài)后，T3次級繞組輸出的脈沖電壓通過全波整流，在C1和C17兩端分別產(chǎn)生穩(wěn)定的44.5V和24V左右的直流電壓。其中，44.5V直流電壓通過防反向充電的隔離二極管D16不僅為蓄電池充電，而且為誤差放大器提供取樣電壓。而24V電壓第一路為TL494供電;第二路為充電、顯示控制電路供電;第三路通過R9限流使發(fā)光管LED2發(fā)光，表明充電器已工作。

圖13-6　BMCH-36型智能充電器電路

V1～V4的c、e極兩端并聯(lián)的D19、D18、D14、D13是阻尼二極管，以保護V1～V4不被過高的反向電壓擊穿;D11和D12組成溫度補償電路，以免過高的溫度影響V3、V4的工作狀態(tài)，最終給V1和V2帶來危害;T3初級繞組上并聯(lián)的C3和R1用作阻尼，以免T3進入自激振蕩狀態(tài)。D20、R35和D17、R28構(gòu)成C14和C13鉗位電路，并且在開關(guān)管截止期間為C14和C13提供快速放電回路，以便C14和C13在下個振蕩周期繼續(xù)為開關(guān)管提供激勵回路。

3.穩(wěn)壓控制

該開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路由電源控制芯片TL494(IC1)[1]、[2]腳內(nèi)的誤差放大器1、誤差取樣電路構(gòu)成。由于取樣電路對C1兩端電壓進行取樣，所以該誤差取樣方式屬于直接取樣方式。

當市電電壓降低或負載較重引起D16負極電壓下降時，該電壓通過R10、R11取樣后的電壓下降，IC1的[1]腳電位下降，即誤差放大器1同相輸入端電壓下降。而反相輸入端通過[2]腳接參考電壓，兩者比較后使誤差放大器1輸出低電平控制信號，該信號通過PWM比較器和RS觸發(fā)器處理后，使IC1[8]腳、[11]腳輸出的激勵脈沖占空比增大，開關(guān)管V1和V2導通時間延長，開關(guān)變壓器T3存儲的能量增大，開關(guān)電源輸出電壓升高到正常值，實現(xiàn)穩(wěn)壓控制。開關(guān)電源輸出電壓升高時，控制過程相反。IC1[2]腳輸入的參考電壓由[14]腳輸出的基準電壓通過電阻分壓獲得。

該開關(guān)電源輸出電壓還受溫度開關(guān)ANb的控制。在冬季按下ANb開關(guān)，分壓電阻R5、R6接入電路，使IC1的[1]腳輸入的電壓下降，致使IC1[8]、[11]腳輸出的激勵脈沖占空比增大，開關(guān)管導通時間延長，開關(guān)電源輸出電壓升高，D16負極電壓在空載時為51V。在夏季斷開ANb開關(guān)，R5、R6脫離電路，使IC1的[1]腳輸入的電壓升高，致使IC1[8]、[11]腳輸出的激勵脈沖占空比相對減小，開關(guān)管導通時間縮短，開關(guān)電源輸出電壓降低，D16負極電壓在空載時為44.5V。

提示　若冬季在室內(nèi)充電也最好采用低壓方式，這樣可延長蓄電池的使用壽命。而在夏季千萬不可使用高電壓擋充電，以免蓄電池被充壞(鼓包)。

4.充電、顯示控制

該充電器的充電、顯示控制電路由TL494(IC1)內(nèi)的誤差放大器1、誤差放大器2和HA17358(IC2)、取樣電阻R29、雙色發(fā)光管LED1等元件構(gòu)成。其中R29是電流取樣電阻，它串聯(lián)在開關(guān)變壓器T3的次級繞組和地之間，充電期間會在R29兩端產(chǎn)生的下正、上負的壓降。這個壓降不僅通過R8、R***加到IC2的反相輸入端[6]腳，而且通過R26、R25加到IC1的[15]腳，同時IC1[14]腳輸出的5V電壓經(jīng)電阻限流后也加到IC1的[15]腳。

釋放能量后的蓄電池兩端電壓下降，這樣它在充電初期會使開關(guān)電源的負載較重，在穩(wěn)壓控制電路的作用下開關(guān)管導通時間較長，充電電流較大，為蓄電池快速充電。同時，較大的充電電流在R29兩端建立的壓降(負壓)較高，該電壓一方面使IC1的[15]腳輸入微弱的負電壓，致使IC1內(nèi)的誤差放大器2輸出高電平的控制信號，通過PWM電路將IC1的[8]腳和[11]腳輸出的激勵脈沖占空比限制在一定范圍內(nèi)，避免開關(guān)管過流損壞;另一方面因IC2的[5]腳接地，電壓恒定為0V，[6]腳電壓為負壓，所以IC2的[7]腳輸出高電平控制電壓。該電壓不僅通過R1限流，使雙色發(fā)光管LED1內(nèi)的紅色發(fā)光管發(fā)光，表明充電器工作在恒流充電狀態(tài)，而且通過R6使V5導通，LED1內(nèi)的綠色發(fā)光管因無供電不能發(fā)光。

隨著恒流充電狀態(tài)的不斷進行，蓄電池兩端電壓逐漸升高，充電電流減小，在R29兩端產(chǎn)生的壓降使IC1[15]腳電位從負壓變?yōu)?V，IC1內(nèi)的誤差放大器2不影響開關(guān)電源的工作狀態(tài)，但該壓降仍會使充電指示燈LED1發(fā)光為紅色，此時開關(guān)電源輸出的電壓在穩(wěn)壓控制電路作用下升高并保持穩(wěn)定，D16負極電壓恒定為44.5V(夏季)或51V(冬季)，充電器進入恒壓充電階段。

在恒壓充電階段隨著蓄電池兩端電壓不斷增加，充電電流進一步減小。當電流減小到轉(zhuǎn)折電流后，在R29兩端產(chǎn)生的壓降減小，于是IC1的[14]腳輸出的5V電壓通過91k電阻使IC2[6]腳輸入的電壓超過0V，IC2的[7]腳輸出低電平控制電壓。該電壓一路使LED1內(nèi)的紅色發(fā)光管因無導通電壓而熄滅，表明快速充電結(jié)束;另一路使V5截止，V5的c極上電壓通過電阻限流使LED1內(nèi)的綠色發(fā)光管發(fā)光，表明蓄電池已充足電。

5.保護

(1)過流保護

當蓄電池或C1、C17、整流管等元件異常使R29兩端的負壓過大時，通過R26、R25使IC1(TL494)[15]腳輸入的負壓過大。該負壓被IC1內(nèi)部電路處理后，使IC1的[8]、[11]腳不能輸出激勵脈沖，開關(guān)管停止工作，避免了開關(guān)管因過流損壞。

(2)軟啟動電路

TL494[4]腳外接的C16是軟啟動控制電容。開機瞬間因C16兩端電壓為0，所以TL494[14]腳輸出的5V基準電壓通過C16和R19構(gòu)成充電回路，在R19兩端建立一個由高到低的電壓。該電壓通過TL494的[4]腳輸入，通過比較器處理后使[8]腳和[11]腳輸出的激勵脈沖占空比由小逐漸增大到正常，避免了開關(guān)管在開機瞬間過激勵損壞，實現(xiàn)軟啟動控制。

(3)欠壓保護

TL494供電端[12]腳輸入的電壓低于7V時，它內(nèi)部的欠壓保護電路動作，使TL494停止工作，實現(xiàn)欠壓保護。

6.常見故障檢修

(1)開關(guān)電源不能啟動

開關(guān)電源不能啟動，說明市電變換電路、自激式振蕩器異常，該故障檢修流程如圖13-7所示。

注意　開關(guān)管V1、V2損壞后，必須檢查TL494、激勵變壓器T2所接的元件是否正常，以免再次損壞。

圖13-7　開關(guān)電源不能啟動故障檢修流程

(2)開關(guān)電源能啟動，但不能進入他激式工作狀態(tài)

開關(guān)電源能啟動，但不能進入他激式工作狀態(tài)，說明電源控制芯片TL494未工作或驅(qū)動電路異常，該故障的檢修流程如圖13-8所示。

圖13-8　開關(guān)電源能啟動，但不能進入他激式工作狀態(tài)故障檢修流程

(3)開關(guān)電源輸出電壓低

開關(guān)電源輸出電壓低，說明蓄電池、開關(guān)電源異常，該故障檢修流程如圖13-9所示。

圖13-9　開關(guān)電源輸出電壓低的故障檢修流程

控制器全稱是電機驅(qū)動控制器，它的作用就是驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。它的性能好壞直接影響電動車的性能，所以它也被稱為電動自行車電氣系統(tǒng)的“四大件”之一，典型的控制器如圖13-10所示。

圖13-10　常見控制器實物外形示意圖

一、有刷電機控制器

電機控制芯片ST926401Y、時基芯片NE555、雙電壓比較器LM393構(gòu)成的有刷電機控制器的控制電路，如圖13-11所示。其中，ST926401Y用于形成PWM脈沖和調(diào)速、剎車等控制，NE555用于PWM激勵信號的放大，LM393用于過流保護信號放大。(原圖的元件未標注符號，符號由編者加注。)

1.12V、5V供電電路

接通電源開關(guān)鎖后，來自36V蓄電池組的電壓通過保險管FU1進入控制器，經(jīng)C10濾波后不僅為電機供電，而且經(jīng)91限流，利用防反接二極管VD1和穩(wěn)壓管VD4穩(wěn)壓得到12.6V電壓。該電壓通過C7濾波后分兩路輸出：一路為IC2供電;另一路通過VD1為三端穩(wěn)壓器78L05(IC4)供電，由它穩(wěn)壓輸出5V電壓，通過C1濾波后為IC1、IC3和轉(zhuǎn)把內(nèi)的霍爾IC等電路供電。

2.激勵脈沖電路

IC1(ST926401Y)[2]腳獲得5V供電后，它[15]腳內(nèi)的振蕩器和R9等元件通過振蕩產(chǎn)生鋸齒波脈沖。該脈沖作為觸發(fā)信號控制IC1內(nèi)部的RS觸發(fā)器等電路產(chǎn)生的激勵脈沖(PWM脈沖)通過緩沖放大后從[14]腳輸出。

圖13-11　ST926041Y+NE555+LM393構(gòu)成的有刷電機控制器電路

3.電機驅(qū)動放大

電機驅(qū)動電路由驅(qū)動電路和功率放大電路兩部分構(gòu)成。驅(qū)動電路采用了IC2(NE555)為核心，功率放大電路用大功率場效應管VT1(6HY413)做功率管。

IC1[14]腳輸出的矩形脈沖經(jīng)IC2放大后從[3]腳輸出，再通過R15使VT1工作在開關(guān)狀態(tài)。VT1導通期間，蓄電池組提供的電壓通過電機繞組、VT1的DS極、R13到地構(gòu)成回路，回路中的電流驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。VT1截止后，流過電機繞組的導通電流消失，使繞組產(chǎn)生反相的電動勢。該電動勢通過泄放二極管VD3泄放到蓄電池，不僅避免了VT1過壓損壞，而且為蓄電池補充了一定的能量。

4.調(diào)速控制電路

調(diào)速控制電路由IC1和相關(guān)部件構(gòu)成。在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)把時，轉(zhuǎn)把內(nèi)的圓弧形永久磁鐵開始轉(zhuǎn)動，霍爾IC在磁場的作用下輸出由低到高或由高到低的直流控制電壓。該控制電壓通過R6加到IC1[5]腳后，對IC1內(nèi)的相關(guān)電路進行控制，改變IC1[14]腳輸出的激勵脈沖占空比。當[14]腳輸出的激勵脈沖占空比增大時，VT1導通時間延長，為電機繞組提供的驅(qū)動電流增大，電機旋轉(zhuǎn)速度加快，車速變快;若[14]腳輸出的激勵脈沖占空比減小使VT1導通時間縮短后，電機旋轉(zhuǎn)速度變慢，從而實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

5.剎車控制電路

該控制器的剎車控制由IC1(ST926401Y)[4]腳內(nèi)部電路和剎把共同完成。該機的左、右剎把并聯(lián)接在一起，它們的一端接地，另一端通過VD2接IC1[4]腳。未進行剎車控制時，VD2截止，5V電壓通過R4為IC1[4]腳輸入高電平，被IC1內(nèi)部電路識別后使它[14]腳輸出正常的激勵信號，控制器正常工作。當使用剎把進行剎車時，剎把內(nèi)的機械開關(guān)閉合，通過VD2使IC1[4]腳電位變低電平。該電平被IC1內(nèi)部電路識別后切斷IC1[14]腳輸出的激勵脈沖，使電機停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)剎車控制。

6.限速巡行電路

該控制器的限速巡行控制電路由IC1(ST926401Y)和限速巡行開關(guān)等元件構(gòu)成。限速巡行開關(guān)未接通時，5V電壓通過R3為IC1[16]腳提供高電平電壓，被IC1內(nèi)部電路處理后，使它[14]腳輸出正常的激勵脈沖，電動自行車工作在正常的調(diào)速狀態(tài);限速巡行開關(guān)接通后，IC1[16]腳電位被拉低變?yōu)榈碗娖剑籌C1內(nèi)部電路處理后，將[14]腳輸出的矩形脈沖占空比限制在一定范圍內(nèi)，則控制器為電機提供的激勵電流被限制在一定范圍，使電動自行車在限速范圍內(nèi)行駛。

7.保護電路

(1)過流保護

為了防止過流導致場效應管VT1過流損壞，該控制器設(shè)置了過流保護電路。該保護電路由IC1、IC3內(nèi)的比較器B(IC3B)和取樣電路構(gòu)成。

取樣電阻R13產(chǎn)生的取樣電壓通過R14加到IC3B的反相輸入端[6]腳，同時5V電壓通過R11和R12取樣后，為IC3B的同相輸入端[5]腳提供參考電壓。當電機運轉(zhuǎn)不正常等原因?qū)е耉T1過流，使R13兩端的壓降增大，通過R14使IC3[6]腳電位超過[5]腳電位后，IC3[7]腳輸出低電平電壓，被IC1[9]腳內(nèi)部電路檢測后，使IC1[14]腳輸出低電平電壓。該電壓加到IC2[2]腳，使IC2不能輸出激勵電壓，場效應管VT1截止，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了過流保護。

(2)欠壓保護

為了防止蓄電池過放電，該控制器設(shè)置了欠壓保護電路。該保護電路由IC1(ST926401Y)[6]腳內(nèi)外電路構(gòu)成。

蓄電池電壓放電未達到終止電壓時，蓄電池輸出的電壓通過R16、R15和R5取樣后，為IC1[6]腳提供的取樣電壓較高，該電壓被IC1[6]腳內(nèi)部電路處理后，不影響IC1工作，IC1[14]腳輸出的激勵脈沖正常，控制器正常工作。隨著放電地不斷進行，當蓄電池兩端電壓達到終止電壓31.2V時，取樣電路為IC1[6]腳提供的電壓達到欠壓保護電路動作的閾值，IC1內(nèi)的欠壓保護電路動作，使IC1[14]腳不再輸出激勵電壓，致使場效應管VT1截止，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了欠壓保護。

8.常見故障檢修

(1)電機不旋轉(zhuǎn)

電機不旋轉(zhuǎn)，說明轉(zhuǎn)把、剎把、直流電機或控制器異常，該故障的檢修流程如圖13-12所示。

圖13-12　電機不轉(zhuǎn)故障檢修流程

(2)電機轉(zhuǎn)速異常

電機轉(zhuǎn)速異常，說明轉(zhuǎn)把異常或控制器異常，該故障檢修流程如圖13-13所示。

二、無刷電機控制器

由PWM控制芯片MC33033DW、半橋式驅(qū)動器IR2103、雙電壓運算放大器LM358構(gòu)成的無刷電機控制器在電動自行車中應用的較多。其中，MC33033DW用于PWM脈沖形成、控制，半橋式驅(qū)動器IR2103用于信號驅(qū)動，LM358用于剎車控制和欠壓取樣信號放大，下面以圖13-14所示的奧文WML36-180G型無刷控制器為例進行介紹。

1.15V供電電路

接通鎖開關(guān)后，36V蓄電池盒輸出的電壓通過C1和C2濾波后，第一路為功率管供電;第二路為蓄電池欠壓保護電路供電;第三路通過防反接二極管VD15隔離，R1限流，C3和C4濾波后，加到三端穩(wěn)壓器7815(IC6)的供電端，經(jīng)它穩(wěn)壓輸出15V電壓，經(jīng)C5、C6濾波后不僅為IC1、IC2、IC3、IC4、IC5供電，而且通過取樣后為IC5提供參考電壓。

圖13-13　電機轉(zhuǎn)速異常故障檢修流程

2.激勵脈沖電路

該機的激勵脈沖電路以MC33033DW(IC1)為核心構(gòu)成。由電源電路產(chǎn)生的15V電壓加到IC1[14]腳，為它內(nèi)部的基準電壓發(fā)生器等電路供電。該內(nèi)部基準電壓發(fā)生器產(chǎn)生的6.25V基準電壓不僅從[7]腳輸出，通過R10限流得到5V電壓為電機內(nèi)的霍爾IC和轉(zhuǎn)把內(nèi)的霍爾IC供電，而且為IC1內(nèi)部的振蕩器、PWM脈沖形成等電路供電。IC1內(nèi)的振蕩器得到供電后，與[8]腳外接的定時元件R9、C22通過振蕩產(chǎn)生鋸齒波脈沖，該脈沖作為觸發(fā)信號控制PWM脈沖形成電路(RS觸發(fā)器)產(chǎn)生3個高端驅(qū)動脈沖和3個低端驅(qū)動脈沖，低端驅(qū)動脈沖從IC1[1]腳、[2]腳、[20]腳輸出，高端驅(qū)動脈沖從[15]腳～[17]腳輸出。

3.驅(qū)動電路

該控制器的電機三相繞組驅(qū)動電路以三塊半橋式放大器IR2103(IC2～IC4)為核心構(gòu)成。由于三路繞組驅(qū)動電路構(gòu)成相同，所以下面以IC2構(gòu)成的驅(qū)動電路為例進行介紹。

由IC1(MC33033DW)[2]腳輸出的低端激勵信號和[17]腳輸出的高端激勵信號經(jīng)IC2內(nèi)的緩沖放大器放大，再經(jīng)半橋式功率放大器放大后從IC2的[5]腳和[7]腳輸出。當[5]腳輸出的激勵脈沖為低電平、[7]腳輸出的激勵脈沖為高電平時，[5]腳的低電平脈沖使VD2導通，致使功率管V2迅速截止，以免存儲效應引起V2因關(guān)斷損耗大而損耗，[7]腳輸出的高電平脈沖通過R2使功率管V1導通，V1導通后，由它S極輸出的電壓為電機繞組供電;當[5]腳輸出的激勵脈沖為高電平、[7]腳輸出的激勵脈沖為低電平時，[7]腳的低電平脈沖使VD1導通，致使功率管V1迅速截止，以免存儲效應引起V1因關(guān)斷損耗大而損耗，[5]腳輸出的高電平脈沖通過R3使功率管V2導通。V2導通后，電機繞組通過它到地形成導通電流，從而為繞組提供不同方向的驅(qū)動，使其產(chǎn)生磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電機驅(qū)動。

圖13-14　奧文WML36-180G型無刷電機控制器電路

為了確保高端驅(qū)動管能夠正常工作，IC2還為高端驅(qū)動管設(shè)置了自舉升壓型供電電路。該電路由VD7、C13和功率管構(gòu)成。功率管V1截止、V2導通期間15V電壓通過隔離二極管VD7對升壓電容C13充電，在C13兩端建立14.3V左右電壓;當功率管V2截止后，C13兩端存儲的電壓與來自蓄電池盒的電壓疊加后，就能為V1的G極提供高于它D極14.3V左右的驅(qū)動電壓。

4.相序控制和功率放大

為了實現(xiàn)換向，該無刷控制器的相序控制電路由MC33033DW(IC1)內(nèi)的轉(zhuǎn)子定位解碼器、電機內(nèi)部的霍爾IC構(gòu)成。功率放大電路了采用了6只大功率場效應管V1～V6做功率管。

當IC1工作后，由它輸出的激勵信號驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。電機旋轉(zhuǎn)后，電機內(nèi)的三個開關(guān)型霍爾元件產(chǎn)生位置傳感脈沖信號，它們通過C20、C21和C24濾除干擾脈沖后，從IC1[4]腳～[6]腳輸入到轉(zhuǎn)子定位解碼器，由該解碼器處理后就可確保IC1輸出的激勵信號相位的準確。輸出的激勵信號再通過驅(qū)動電路IC2～IC4放大后，就可按規(guī)定順序使V1～V6工作在開關(guān)狀態(tài)。之后，V1～V6就可為電機內(nèi)的3個繞組循環(huán)提供激勵電流，使它們產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。

5.調(diào)速控制電路

調(diào)速控制電路由IC1(MC33033DW)、轉(zhuǎn)把和相關(guān)元件構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)把時，轉(zhuǎn)把內(nèi)的圓弧形永久磁鐵開始轉(zhuǎn)動，使霍爾IC輸出的直流控制電壓由低到高或由高到低發(fā)生變化。當調(diào)速控制電壓通過R3使IC1[9]腳輸入的電壓由低逐漸升高時，經(jīng)IC1內(nèi)部電路處理后，使IC1輸出的高端激勵脈沖占空比增大，致使高端功率管導通時間延長，為電機繞組提供的電流增大，電機的旋轉(zhuǎn)速度加快，車速變快，實現(xiàn)了加速調(diào)整。反之，若IC1[9]腳輸入的電壓由高到低時，使IC1輸出的高端激勵脈沖占空比減小，高端功率管導通時間縮短，為電機繞組提供的電流減小，車速變慢，實現(xiàn)減速調(diào)整。

6.限速巡行電路

限速巡行控制也是通過IC1(MC33033DW)[9]腳內(nèi)部電路和限速巡行開關(guān)(短接線)來完成。當短接線接通后，IC1[9]腳通過R12和短接線接地，將轉(zhuǎn)把輸出的控制電壓分壓，IC1[9]腳輸入的電壓減小，IC1輸出的矩形脈沖寬度被限制在一定范圍內(nèi)，控制器為電機提供的激勵電流較小，使電動自行車在限速范圍內(nèi)行駛。反之，若不接該短接線，IC1[9]腳輸入的調(diào)速控制電壓不被分壓，電動自行車工作在正常的調(diào)速狀態(tài)。

7.剎車控制電路

剎車控制由剎把、運算放大器IC5(LM358)、IC1(MC33033DW)為核心組成的剎車控制電路完成。

該機的左、右剎把內(nèi)的機械開關(guān)并聯(lián)接在一起，它們的一端通過VD10接IC5[3]腳，另一端接地。正常行駛時，剎車開關(guān)不接通，使VD10截止，此時IC5的[3]腳電位高于[2]腳電位，于是它[1]腳輸出高電平電壓，使VD11和VD12截止，不影響IC1[9]腳和[19]腳電位，控制器正常工作。當采用剎把剎車時剎車開關(guān)對地接通，IC5[3]腳電位通過VD10被鉗位到低電平，使IC5[3]腳電位低于[2]腳的電位，IC5[1]腳輸出的電壓變?yōu)榈碗娖剑筕D11和VD12導通，將IC1[9]腳和[19]腳電位變?yōu)榈碗娖健Ｔ摰碗妷罕籌C1內(nèi)部電路檢測處理后使IC1無激勵脈沖輸出，場效應管全部截止，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)剎車控制。

提示　MC33033DW[19]腳是使能控制信號輸入端。當[19]腳輸入低電平控制信號時[15]～[17]腳、[1]腳、[2]腳和[20]腳不能輸出激勵信號，只有該腳輸入高電平控制信號時[15]～[17]腳、[1]腳、[2]腳和[20]腳才能輸出激勵脈沖。

8.保護電路

(1)功率管過流保護

為了防止功率管V1～V6過流損壞，該控制器設(shè)置了由MC33033DW(IC1)[12]腳內(nèi)部電路和R0等元件構(gòu)成的過流保護電路。R0是取樣電阻，它接在場效應管V2、V4、V6的S極與地之間。由它對V2、V4、V6的D極電流進行取樣，取樣后的電壓加到IC1[12]腳。

電機運轉(zhuǎn)正常時，R0產(chǎn)生的壓降較小，為IC1[12]腳提供的電壓未達到保護電路動作閾值，不影響IC1的工作，控制器正常工作。一旦電機運轉(zhuǎn)不正常等原因?qū)е聢鲂苓^流，就會使R0兩端的壓降增大。當IC1[12]腳輸入的電壓達到過流保護電路動作閾值后，IC1內(nèi)的過流保護電路便發(fā)出控制信號使IC1不再輸出激勵脈沖，場效應管V1～V6截止，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了過流保護。

(2)蓄電池欠壓保護

為了防止蓄電池過放電，該控制器設(shè)置了欠壓保護電路。該保護電路由IC5(LM358)、IC1和取樣電路組成。

蓄電池輸出的電壓通過R19、R17取樣，再通過C25濾波后加到IC5[5]腳，為運算放大器的同相輸入端提供取樣電壓，同時15V電壓通過R15、R18取樣后加到IC5[6]腳，為運算放大器的反相輸入端提供參考電壓。當蓄電池電壓放電未達到終止電壓31.5V時，IC5[5]腳電位高于它[6]腳電位，所以它[7]腳輸出高電平電壓，使VD13和VD14截止，不影響IC1[9]腳和[19]腳電位，控制器正常工作。隨著放電的不斷進行使蓄電池兩端的電壓降到31.5V后，經(jīng)取樣使IC5[5]腳電位低于[6]腳上的參考電壓，于是IC5[7]腳輸出低電平電壓，使VD13和VD14導通，致使IC1[9]腳和[19]腳電位變?yōu)榈碗娖剑粌?nèi)部電路檢測處理后使IC1無激勵脈沖輸出，場效應管全部截止，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了欠壓保護。

9.常見故障檢修

(1)電機不旋轉(zhuǎn)

電機不旋轉(zhuǎn)，說明剎把、轉(zhuǎn)把、控制器或直流電機異常，該故障檢修流程如圖　13-15所示。

【說明】控制器的濾波電容C1、C2或功率管V1～V6擊穿會引起蓄電池盒內(nèi)的保險管過流熔斷，產(chǎn)生整車無電故障。脫開控制器與蓄電池的連線后，測控制器端的供電線和接地線之間的阻值，若阻值過小，說明控制器內(nèi)的功率管或濾波電容擊穿。V1～V6擊穿除了應檢查驅(qū)動電路、供電電路外，還應檢查電機，以免再次損壞。

(2)電機能啟動，但不能正常旋轉(zhuǎn)

電機能啟動，但不能正常旋轉(zhuǎn)，說明控制器、電機異常，該故障檢修流程如圖　13-16所示。

圖13-15　電機不轉(zhuǎn)故障檢修流程

圖13-16　電機能啟動，但不能正常旋轉(zhuǎn)故障檢修流程

(3)電機轉(zhuǎn)速異常

電機轉(zhuǎn)速異常，說明轉(zhuǎn)把異常或控制器異常，該故障檢修流程如圖13-17所示。

圖13-17　電機轉(zhuǎn)速不正常故障檢修流程