专利名称：电动车控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制装置，具体来说是一种电动车控制器。
背景技术：
现有的电动车控制器，当控制电路发生各种故障时，例如以下情况脉冲宽度调制芯片损坏、功率场效应管驱动电路损坏、功率场效应管被击穿、或因机械或电路故障造成传感电路故障导致电机持续失控，此时刹车及减速信号不予响应，电源电压直接施加于电动机两端，使电动机高速运转，电动车处于失控状态，并没有关断电机电源的保护，必然会发生危险，对人身安全造成威胁。
又因为现有的电动车控制器，控制电路仍存在以下问题，因此不能对电动车实现良好的保护1、当电机负载过载时限制电源输出电流而不是限制电机的电流，因而没有对电机进行很好地保护。
2、当电源电压在允许放电的下限上下波动时，控制器的输出相应地频繁开关，对电机及传动机械造成冲击。
3、当PWM脉冲宽度调制芯片损坏，或功率场效应管驱动电路损坏，或功率场效应管被击穿后，电源电压直接施加于电机两端，电机高速运转，刹车及减速信号不予响应，造成电机失控飞车时，没有关断电机电源的保护。
4、当机械故障使霍尔传感器不能复位，或者霍尔传感器失效，或者霍尔传感器与控制器之间地线开路，造成电机失控飞车时，没有关断电机电源的保护。
5、当控制器的霍尔传感器外围接线误接24V时，没有保护控制器的PWM脉冲宽度调制芯片的措施。
实用新型内容本实用新型为了克服上述缺点，提供一种具有自动防飞车功能的安全可靠的电动车控制器。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是包括电源、控制电路和电动机，所述控制电路包括一个用于调节电机电压脉冲宽度的脉宽调制电路、一个给功率场效应管提供驱动电压的升压驱动电路、一个功率场效应管、一个用于感应和接收外界控制的霍尔传感器电路、一个用于检测霍尔传感器电路是否正常工作的霍尔传感器失效检测电路、一个用于检测功率场效应管损坏或升压驱动电路是否正常工作的驱动失效检测电路、一个用于检测流经电机的工作电流的电机电流检测电路和一个接收各路检测信号并保护电机正常工作的保护继电器，所述电源和所述电机之间依次连接脉宽调制电路、升压驱动电路、功率场效应管、保护继电器，且电源和功率场效应管之间直接连接有一条支路，所述电机电流检测电路连接在脉宽调制电路和电机之间，所述驱动失效检测电路连接在升压驱动电路和保护继电器之间，所述脉宽调制电路和保护继电器之间还依次连接有霍尔传感器电路和霍尔传感失效检测电路。
所述控制电路还可包括一个电源欠压检测电路，连接在所述电源和脉宽调制电路之间，用于检测电源电压是否在正常状况范围内，所述电源电压检测电路由一个晶体管、一个稳压管、三个电阻及一个二极管构成，所述第一个电阻的一端连接电源，另一端连接所述稳压管的负极，稳压管的另一端又连接所述晶体管的基极与另一个电阻，其余一个电阻的一端连接电源，另一端连接所述晶体管的集电极与二极管的正极，所述晶体管的发射极与另一个电阻的另一端共同接地，二极管的负极连接脉宽调制芯片的死区控制端DTC。
所述霍尔传感电路可由一个霍尔传感器、一个发光二极管及外围元件构成，所述霍尔传感器的一端接地，一端经过一个用于避免误接24V的保护二极管与5V2工作电源端相连，另一端接发光二极管连接在两个电阻之间，所述两电阻接入脉宽调制芯片内的运算放大器的反相输入端2IN-，另外的一个反馈电阻的一端接所述脉宽调制电路的2IN-，另一端接所述脉宽调制芯片的FEEDBACK端，两个分压电阻分压后接入脉宽调制芯片内部的运算放大器的同相输入端2IN+，提供参考电压，还有一个用于提供反馈电压的电阻，一端接继电器常开触电的一端，另一端接脉宽调制芯片的2IN+端。
所述脉宽调制电路可由脉宽控制芯片及其外围元件构成，所述脉宽调制芯片的output CTRL脚接地，选择了片内的Q1与片内的Q2并联方式工作，Q1E与Q2E相连后接地，所述脉宽控制芯片的Q1C、Q2C端相连接后通过一个电阻接入升压驱动电路。
所述升压驱动电路可由三个晶体管四个电阻、一个电解电容和一个二极管以及一个保险管和一个电门锁构成，其中一个晶体管为NPN，其余为PNP，所述NPN晶体管的发射极和其中一个PNP晶体管的发射极相连后经过一个电阻接入功率场效应管的栅极，所述两个晶体管的基极相连后与晶体管其余一个晶体管的集电极及一个电阻相连，所述电阻的另一端与第一个PNP晶体管的集电极及功率场效应管的源极相连，第二个PNP晶体管的基极分别与另两个电阻相连，其中一个电阻与第二个PNP晶体管的发射极相连，所述电解电容的正极依次与第二个PNP晶体管的发射极、NPN晶体管的集电极相连后经反向连接所述二极管、所述电门锁和保险管后接入N沟功率场效应管的漏极。
所述保护继电器的线圈一端可接工作电源VCC，另一端与一个晶体管的集电极相连，所述晶体管的发射极接地，基极与两个电阻的一端相连，两电阻的另一端与所述保护继电器的接工作电源的一端相连，所述霍尔传感器失效检测电路和驱动失效检测电路的输出连接在两电阻之间，一个续流二极管并联在所述继电器线圈的两端，所述保护继电器的常开触电的一端与所述场效应管的源极相连，另一端与电机直接相连。
所述霍尔传感失效检测电路可由一个比较器和外围电路构成，其输出连接到与所述保护继电器相连的两个电阻之间。
所述驱动失效检测电路可由一个比较器和外围电路构成，其输出连接到与所述保护继电器相连的两个电阻之间。
所述电机电流检测电路可由一个采样电阻、一个续流二极管、两个分压电阻、一个反馈电阻组成，所述采样电阻的一端接地，另一端接电机和脉宽调制芯片内部运算放大器的同相输入端1IN+，所述一个分压电阻的一端接脉宽调制芯片的基准电压端，分压后的另一端与另一个分压电阻连接，并接入脉宽调制芯片内部的运算放大器的反相输入端1IN-，作为所述采样电阻上采样电压的参照值，所述反馈电阻的一端接脉宽调制芯片的1IN-端，另一端接其FEEDBACK端。
所述场效应管可为耗尽型N沟道场效应管。
本实用新型通过脉宽调制芯片、升压驱动电路、功率场效应管的共同工作，能够将直流电源调制成电流脉冲，并通过霍尔传感器，控制脉冲的宽度来控制电动机的转速，由于设置有驱动失效检测电路、传感器失效检测电路，对失控飞车进行自动检测与保护，避免了因机械及电气故障产生的飞车现象，从而实现对电动机的更有效控制，同时很好地保护了电机。此外，还设置有电源电压检测电路实现电源电压到达放电下限附近时逐渐关闭控制器的输出避免电源过放电。
图1为本实用新型的电路框图图2为本实用新型的电路原理图具体实施方式
如图1所示，本实用新型由电源、电源欠压检测电路、电机电流检测电路、脉冲宽度调制电路、升压驱动电路、霍尔传感器电路、霍尔传感器失效检测电路、驱动失效检测电路、功率场效应管、保护继电器与电机组成，本实施例中的电源为电池组，所述场效应管为耗尽型N沟道场效应管。
本实用新型中，检测与限制的是流过电机的电流。必须把功率场效应管接在电源与电机之间。并由所述升压电路来驱动功率场效应管，再利用一个比较器电路来检测升压电路，用比较器电路来检测霍尔传感器机械不复位，霍尔传感器失效，霍尔传感器地线开路造成的错误输出，并通过继电器关断电机的电源，进行飞车保护。此外还通过电源渐变电压来控制脉宽调制芯片的死区输出，从而控制了因电源欠压时控制器逐渐关闭，避免对电机频繁开关造成的冲击伤害。当控制器的霍尔传感器外围接线误接24V时，通过保护二极管D6的作用，保护了控制器的核心元件脉宽调制芯片，避免过压损坏。
如图2所示，所述电源欠压检测电路由晶体管Q6、稳压管Z1、电阻R1、R2、R3及二极管D2构成。电阻R1一端连接电源，另一端连接稳压管Z1的负极，所述稳压管Z1的正极又连接晶体管Q6的基极与电阻R2，所述电阻R2的另一端接电源负极。所述电阻R3的一端连接电源，另一端连接晶体管Q6的集电极和二极管D2的正极，所述晶体管Q6的发射极接地，所述二极管D2的负极连接脉宽调制芯片的死区控制端DTC，当电源电压足够高时，稳压管Z1导通，晶体管Q6也导通，此时二极管D2反偏，欠压检测电路不会对脉宽调制芯片的工作造成影响。当电源电压不断变低，晶体管Q6逐渐由饱和转为截止，二极管D2逐渐正偏，使脉宽调制芯片的DTC电压逐渐升高，从脉宽调制芯片的特性可知，DTC脚电压为0时，脉宽调制芯片能输出最大宽度的脉冲信号，当DTC脚电压逐渐升高，脉宽调制芯片能够输出的脉冲信号宽度逐渐变小，直至控制器完全关闭，从而使电动机的转速逐渐降低，直至停止。所述电源欠压检测电路的作用就是自动检测电源的电压，当电压值小于允许放电的最小值时，逐渐关闭脉冲调制电路的PWM(脉冲宽度调制)输出，保护了电源。当电源电压高于允许放电的最小值时，此电路不起作用。
所述脉宽调制电路由脉冲宽度调制芯片及其外围连接构成。所述脉宽调制芯片的型号为TL494，其output CTRL脚接地，选择了所述脉宽调制芯片内的Q1与片内的Q2并联方式工作。Q1E端与Q2E端相连后接地，Q1C端、Q2C端相连后通过电阻R15接入升压驱动电路。脉冲宽度调制电路经升压驱动电路去控制功率场效应管，在保护继电器接通的情况下，控制了电机的驱动电源，从而控制了电机的转速与功率。
脉冲宽度调制电路由电压检测电路、电机电流检测电路、霍尔传感器电路三者同时控制。
所述升压驱动电路，由三个晶体管Q2、Q3、Q4，四个电阻R15、R16、R17、R18，一个电解电容C4和一个二极管D1，以及一个保险管和一个电门锁构成。所述Q3、Q4分别为NPN与PNP，所述晶体管Q3、Q4的发射极相连后经过R18接入N沟功率场效应管Q1的栅极，所述晶体管Q3、Q4的基极相连后与晶体管Q2的集电极及R17相连，R17的另一端与晶体管Q4的集电极、N沟功率场效应管Q1的源极相连，Q2的基极分别与电阻R15、R16相连。所述电解电容C4的正极依次与电阻R16的另一端、Q2的发射极、Q3的集电极相连后经反向连接二极管D1、所述电门锁和保险管后接入N沟功率场效应管Q1的漏极。由于脉冲宽度调制电路中的脉宽调制芯片TL494在输出脉冲宽度时有一个死区特性，不会出现全导通情况，利用该特性，在电源正极处通过二极管D1与电解C4正极相连，当TL494处于输出关闭状态时，N沟功率场效应管Q1的源极相当于接地，电源电压通过D1向电容C4充电。当功率场效应管Q1导通时，源极电压迅速升高，二极管D1反偏，所述电容C4正极电压将高于电源电压，该电压可作为N沟功率场效应管Q1的栅极偏压电源，驱动电路利用该电源将N沟功率场效应管开启，当TL494输出信号处于关闭状态时，C4负极再次接地，重新进入C4充电过程，如此反复，使电机得到一个稳定的电源输入。
所述保护继电器J1的线圈一端接工作电源VCC另一端与一个晶体管Q5的集电极相连，所述晶体管Q5的发射极接地，基极与两个电阻R29、R30的一端相连，两电阻的另一端与所述保护继电器J1的接工作电源的一端相连，所述霍尔传感器失效检测电路和驱动失效检测电路的输出连接在两个电阻R29、R30之间，一个续流二极管D5并联在所述继电器线圈J1的两端，所述保护继电器J1的常开触电的一端与所述场效应管Q1的源极相连，另一端与电机直接相连。
所述霍尔传感器电路由避免误接24V的保护二极管D6、霍尔传感器及外围元件构成。所述霍尔传感器的一端接地，一端经避免误接24V保护二极管D6到5V电源，另一端接发光二极管L1，分压电阻R10、R11接入脉宽调制芯片TL494内的运算放大器2的反相输入端2IN-。反馈电阻R9的一端接脉宽调制芯片TL494的2IN-，另一端接TL494的FEEDBACK。电阻R19与R13分压后接入TL494内部的运算放大器2的同相输入端2IN+，提供参考电压。还有一个用于提供反馈电压的电阻，一端接继电器常开触电的一端，另一端接脉宽调制芯片的2IN+端，当改变霍尔传感器的输出电压时，经运算放大器的作用，TL494相应输出不同占空比的脉冲。在霍尔传感器电路正常工作的情况下，霍尔传感器的电压信号通过脉冲宽度调制电路去控制脉冲输出的宽度，达到调节电机转速与功率的目的。
所述传感器失效检测电路由一个比较器U2B及外围电路构成。霍尔传感器机械不复位，霍尔传感器失效，霍尔传感器地线开路等故障均体现为在电路上电瞬间，霍尔传感器已有高于1.8V的不正常电压输出。霍尔传感器输出的信号直接送给U2B的反相端，并与连接到U2B的同相端的电阻R25、R26上的分压值作比较。如果上电瞬间反相端的电压高于同相端的电压，说明出现故障，比较器U2B输出低电平，经R30、Q5使继电器J1断开，切断电机的供电电源，控制器处于保护状态。反之，比较器U2B输出高电平，经电阻R30、晶体管Q5使继电器吸合，控制器处于正常工作状态。控制器正常工作时，如果用户旋转手把改变霍尔传感器的输出信号，控制器有输出，由于R27与R26之间分压的设定，使U2B同相端电压信号的上升速率高于反相端，即正常工作时继电器能保证维持吸合。如果在电动车运行过程中出现故障，此时只需用户启动刹车信号，中止控制器输出，此时控制器的状态便与上电时完全相同，U2B就会发现霍尔传感器输出过高的故障特征，输出低电平，使保护继电器断开，实现保护。霍尔传感器失效检测电路自动检测霍尔传感器，当检测到霍尔传感器输出错误信号时，关断保护继电器，从而关断了电机的电源。
所述驱动失效检测电路由一个比较器和外围电路构成。当存在脉冲宽度调制芯片不是全导通，即电容C4存在充电过程时，二极管D1负极的对地电压要高于电源近20V，电容C4两端的电压经过电阻R21、R22，R23、R24分压后分别送入比较器U2A的同相端及反相端作比较。比较器的输出端经过电阻R30、晶体管Q5与继电器J1的线圈相连，当控制电路工作正常时，比较器U2A输出高电平，继电器J1吸合，电机可得到正常的驱动电压。当TL494损坏，或Q2、Q3、Q4损坏，或Q1损坏造成全导通时，比较器U2A输出低电平，继电器释放，从而切断电机供电，防止飞车现象发生。驱动失效检测电路的功能就是自动检测升压驱动电路。当检测到升压驱动电路失效后关断保护继电器，从而断开了电机的电源。
所述电机电流检测电路由采样电阻R14、续流二极管D3、分压电阻R6、R7、反馈电阻R8组成，采样电阻R14的一端接地，另一端接TL494内部运算放大器1的同相输入端1IN+与电机。R6的一端接TL494的基准电压REF，另一端与R7连接，分压后输入TL494内部的运算放大器1的反相输入端1IN-，作为R14上采样电压的参照值，反馈电阻R8的一端接脉宽调制芯片TL494的1IN-，另一端接TL494的FEEDBACK，当功率场效应管Q1开通时，流经电机的电流与采样电阻R14上的电流相同，当功率场效应管关断时，储存在电机内部的能量通过续流二极管D3流经电机及R14，因而，任何时候采样电阻R14上的电流与电机上的电流相同，且与R14上的压降成正比，当电机负载过重，电流过大时，经TL494内部运算放大器1的作用，TL494就会自动减少脉宽输出，从而限制电流在某一设定值之内，实现了电机的自动保护。电机电流检测电路自动检测电机的电流，当电机的电流大于预定值时，电机电流检测电路通过脉宽调制电路逐渐调节脉宽输出，限制电机的电流不会超过预定值，保护了电机，也间接保护了电池组，不让电池组过放电。所述的电机电流检测电路的功能在于检测与限制电机电流作为电动车的过载保护，在保护电机的同时也间接保护了电源。
权利要求1.一种电动车控制器，包括电源、控制电路和电动机，其特征在于所述控制电路包括一个用于调节电机电压脉冲宽度的脉宽调制电路、一个给功率场效应管提供驱动电压的升压驱动电路、一个功率场效应管、一个用于感应和接收外界控制的霍尔传感器电路、一个用于检测霍尔传感器电路是否正常工作的霍尔传感器失效检测电路、一个用于检测功率场效应管损坏或升压驱动电路是否正常工作的驱动失效检测电路、一个用于检测流经电机的工作电流的电机电流检测电路和一个接收各路检测信号并保护电机正常工作的保护继电器，所述电源和所述电机之间依次连接脉宽调制电路、升压驱动电路、功率场效应管、保护继电器，且电源和功率场效应管之间直接连接有一条支路，所述电机电流检测电路连接在脉宽调制电路和电机之间，所述驱动失效检测电路连接在升压驱动电路和保护继电器之间，所述脉宽调制电路和保护继电器之间还依次连接有霍尔传感器电路和霍尔传感失效检测电路。
2.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于所述控制电路还包括一个电源欠压检测电路，连接在所述电源和脉宽调制电路之间，用于检测电源电压是否在正常状况范围内，所述电源电压检测电路由一个晶体管、一个稳压管、三个电阻及一个二极管构成，所述第一个电阻的一端连接电源，另一端连接所述稳压管的负极，稳压管的另一端又连接所述晶体管的基极与另一个电阻，其余一个电阻的一端连接电源，另一端连接所述晶体管的集电极与二极管的正极，所述晶体管的发射极与另一个电阻的另一端共同接地，二极管的负极连接脉宽调制芯片的死区控制端DTC。
3.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述霍尔传感电路由一个霍尔传感器、一个发光二极管及外围元件构成，所述霍尔传感器的一端接地，一端经过一个用于避免误接24V的保护二极管与5V工作电源端相连，另一端接发光二极管连接在两个电阻之间，所述两电阻接入脉宽调制芯片内的运算放大器的反相输入端2IN-，另外的一个反馈电阻的一端接所述脉宽调制电路的2IN-，另一端接所述脉宽调制芯片的FEEDBACK端，两个分压电阻分压后接入脉宽调制芯片内部的运算放大器的同相输入端2IN+，提供参考电压，还有一个用于提供反馈电压的电阻，一端接继电器常开触电的一端，另一端接脉宽调制芯片的2IN+端。
4.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述脉宽调制电路由脉宽控制芯片及其外围元件构成，所述脉宽调制芯片的output CTRL脚接地，选择了片内的Q1与片内的Q2并联方式工作，Q1E与Q2E相连后接地，所述脉宽控制芯片的Q1C、Q2C端相连接后通过一个电阻接入升压驱动电路。
5.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述升压驱动电路由三个晶体管四个电阻、一个电解电容和一个二极管以及一个保险管和一个电门锁构成，其中一个晶体管为NPN，其余为PNP，所述NPN晶体管的发射极和其中一个PNP晶体管的发射极相连后经过一个电阻接入功率场效应管的栅极，所述两个晶体管的基极相连后与晶体管其余一个晶体管的集电极及一个电阻相连，所述电阻的另一端与第一个PNP晶体管的集电极及功率场效应管的源极相连，第二个PNP晶体管的基极分别与另两个电阻相连，其中一个电阻与第二个PNP晶体管的发射极相连，所述电解电容的正极依次与第二个PNP晶体管的发射极、NPN晶体管的集电极相连后经反向连接所述二极管、所述电门锁和保险管后接入N沟功率场效应管的漏极。
6.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述保护继电器的线圈一端接工作电源VCC，另一端与一个晶体管的集电极相连，所述晶体管的发射极接地，基极与两个电阻的一端相连，两电阻的另一端与所述保护继电器的接工作电源的一端相连，所述霍尔传感器失效检测电路和驱动失效检测电路的输出连接在两电阻之间，一个续流二极管并联在所述继电器线圈的两端，所述保护继电器的常开触电的一端与所述场效应管的源极相连，另一端与电机直接相连。
7.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述霍尔传感失效检测电路由一个比较器和外围电路构成，其输出连接到与所述保护继电器相连的两个电阻之间。
8.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述驱动失效检测电路由一个比较器和外围电路构成，其输出连接到与所述保护继电器相连的两个电阻之间。
9.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述电机电流检测电路由一个采样电阻、一个续流二极管、两个分压电阻、一个反馈电阻组成，所述采样电阻的一端接地，另一端接电机和脉宽调制芯片内部运算放大器的同相输入端1IN+，所述一个分压电阻的一端接脉宽调制芯片的基准电压端，分压后的另一端与另一个分压电阻连接，并接入脉宽调制芯片内部的运算放大器的反相输入端1IN-，作为所述采样电阻上采样电压的参照值，所述反馈电阻的一端接脉宽调制芯片的1IN-端，另一端接其FEEDBACK端。
10.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于所述场效应管为耗尽型N沟道场效应管。
专利摘要本实用新型涉及一种控制装置，具体来说是一种电动车控制器。本实用新型通过脉宽调制芯片、升压驱动电路、功率场效应管的共同工作，能够将直流电源调制成电流脉冲，并通过霍尔传感器，控制脉冲的宽度来控制电动机的转速，由于设置有驱动失效检测电路、传感器失效检测电路，对失控飞车进行自动检测与保护，避免了因机械及电气故障产生的飞车现象，从而实现对电动机的更有效控制，同时很好地保护了电机。此外，还设置有电源电压检测电路实现电源电压到达放电下限附近时逐渐关闭控制器的输出避免电源过放电。
文档编号B60L15/20GK2759832SQ20042011520
公开日2006年2月22日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者朱石雄 申请人:佛山市南海区西樵中慧电子科技贸易有限公司, 浙江飞神车业有限公司