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控制器原理及可靠性（二）

xrprotector.com 來源：電動車商情　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-2-21

第三節(jié) 控制器可靠性及質(zhì)量判斷 1、電動車控制器的實現(xiàn)方式與組成部分目前電動自行車用有刷無刷控制器普遍采用PWM調(diào)速方式，控制器內(nèi)部必需要PWM發(fā)生器電路，另外還有電源電路，功率器件，功率器件驅(qū)動電路，控制部件（轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)霍耳等）信號采集與處理電路，過流與欠壓等保護(hù)電路。 2、影響控制器可靠性的因素控制器的失效，從表現(xiàn)形式來看，一般有以下幾種，1）功率器件損壞；2）控制器內(nèi)部供電電源損壞；3）控制器工作時斷時續(xù)。4）連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號丟失。針對以上失效形式的起因分析如下： A、功率器件的損壞，一般有以下幾種可能：電機(jī)損壞引起的，功率器件本身的質(zhì)量差或選用等級不夠引起的，器件安裝或振動松動引起的，電機(jī)過載引起的，功率器件驅(qū)動電路損壞或參數(shù)設(shè)計不合理引起的。 B、控制器內(nèi)部電源損壞，一般有以下幾種可能：控制器內(nèi)部電路短路，外圍控制部件短路，外部引線短路。 C、控制器工作起來時斷時續(xù)，一般有以下幾種可能：器件本身在高溫或低溫環(huán)境下參數(shù)漂移，控制器總體設(shè)計功耗大導(dǎo)致某些器件局部溫度過高而使器件本身進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，接觸不良。 D、連接線磨損及接插件接觸不良或脫落，一般有以下幾種可能：線材選擇不合理，對線材的保護(hù)不完備，接插件的選型不好，線束與接插件的壓接不牢。 3、提高控制器可靠性的方案了解電動車控制系統(tǒng)可能發(fā)生故障點(diǎn)以后，有針對性的可靠性設(shè)計就有了目標(biāo)。 A、首先是功率器件的型號，品牌，產(chǎn)地與供應(yīng)商的選擇，然后對功率器件的篩選老化，以上兩點(diǎn)是提高功率器件可靠性前提。在此基礎(chǔ)上，對功率器件安裝工藝的設(shè)計和對功率器件驅(qū)動電路的設(shè)計才有意義。對無刷電機(jī)控制器而言，一般上三路功率管的驅(qū)動比較復(fù)雜，目前大多數(shù)廠家采用專用驅(qū)動芯片驅(qū)動。專用驅(qū)動芯片的不足之處是價格較高，內(nèi)部的變頻電路采用了有源電路，轉(zhuǎn)換效率偏低，其主要的應(yīng)用場合是在周圍電路完全沒有交流電存在情況下，利用其內(nèi)部電路完成變頻、升壓與整流。在電動自行車無刷控制器中由于有了PWM信號，就可以直接從電機(jī)換相的交流信號中取出頻率信號進(jìn)行倍壓整流，用于無刷控制器的上三路功率管的驅(qū)動，這樣從電路原理上分析，有以下幾點(diǎn)好處：1、降低驅(qū)動功率損耗，2、簡化驅(qū)動電路，3、使用無源電路直接有效的提高驅(qū)動電路的可靠性。4、可以根據(jù)用戶需要，很靈活地實現(xiàn)剎車對電機(jī)的電制動功能。 B、對于控制器內(nèi)部電源，為了防止控制器內(nèi)部或外部短路對電源的損壞，同時也是出于對電源自身的保護(hù)，可以把電源設(shè)計成多路獨(dú)立供電方式，這樣既可以防止局部電路（轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)傳感器等）發(fā)生短路而燒壞控制器，又可以防止電源電壓異常升高而擊穿外部器件�；谝陨峡紤]，并降低電源自身的功耗，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，可以采用DC-DC模塊（直流變換器）來實現(xiàn)。由于DC-DC模塊的負(fù)載能力強(qiáng)，自身的功率損耗相當(dāng)?shù)停ú坏?.1W），這樣在提高控制器的整體效率，降低控制器的運(yùn)行溫度方面有著線性穩(wěn)壓器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)�？傊�，在有刷或無刷控制器的電路中，由于控制器內(nèi)部電源擔(dān)負(fù)著模塊電路與電動車外圍控制器件的供電，因此控制器內(nèi)部電源的可靠性就相當(dāng)重要了，這樣不但能提高整個控制系統(tǒng)的可靠性，同時也避免了在整車裝配過程中由于誤操作而損壞控制器。 C、要克服控制器對溫度的敏感，第一是選擇溫度系數(shù)好的元器件，第二是從設(shè)計上降低各模塊電路的功率消耗，第三是盡量減少無用功消耗，第四是充分考慮到控制器的散熱。如果采用無功消耗的功率管驅(qū)動方案，加上高效率的DC-DC電源模塊，可以將控制器的工作電流降低到30mA以下。在這里需要解釋一下的是，在電動車控制器里，用于采樣電流信號的小阻值大功率電阻器件屬于控制器的功率器件之一，電流采樣電阻的功率消耗屬于無用功消耗，應(yīng)該算控制器功率損耗的一部分，要減小控制器的功耗，降低控制器的運(yùn)行溫度，可以利用電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的絕對對應(yīng)關(guān)系，通過檢測電機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速來監(jiān)測電機(jī)電流，從而達(dá)到控制電流的目的。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是，一定要有電機(jī)堵轉(zhuǎn)和換相信號丟失或錯相監(jiān)測，以免控制器功率管擊穿或電機(jī)短路時，電流得不到控制。由于控制器直接讀取轉(zhuǎn)速電流，不但可以對過流保護(hù)或減流保護(hù)控制的非常精確，還可以利用轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)把信號和電池電壓信號的對應(yīng)關(guān)系，判斷出電機(jī)是出于什么樣的負(fù)載情況下運(yùn)行。如果是無刷電機(jī)，控制器可以針對不同的負(fù)載情況與不同的轉(zhuǎn)速信號，選擇最優(yōu)化的驅(qū)動方案，這在優(yōu)化了無刷控制器與電機(jī)負(fù)載的全功率匹配的同時也提高了無刷控制器的可靠性。 D、由于電動車電氣系統(tǒng)信號的傳輸是用連接線束來完成的，出于提高電動車整車的可靠性和提高控制器本身的可靠性出發(fā)，對電動車連接線束與接插件的要求是：連接可靠，防水，防塵，抗震，防氧化，防磨損�；谝陨弦�，電動車連接線束與接插件要有完備的防護(hù)套，接插件一定要達(dá)到汽車級的接插標(biāo)準(zhǔn)，因為電動車的使用環(huán)境從某種意義上講，比汽車的使用環(huán)境還要惡劣。 4、控制器實時保護(hù)功能對控制器可靠性的作用對于控制器的欠壓保護(hù)功能，保護(hù)的是電池，過流保護(hù)功能不但保護(hù)了電機(jī)，還保護(hù)了控制器本身，這是控制器最基本的保護(hù)功能。如果控制器只具有欠壓與過流（或限流）保護(hù)功能，實際上是把對電機(jī)的所有保護(hù)功能全部轉(zhuǎn)化成過流（或限流）保護(hù)功能，這樣對在復(fù)雜工況下使用的電動車電氣系統(tǒng)來說，其設(shè)計可靠性就很低了。對于無刷電機(jī)控制器，由于輸入控制變量與控制器使用的功率器件比較多，控制器可以利用各種輸入信號對控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與相當(dāng)靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以有：過流保護(hù)、減流保護(hù)、低電流過載保護(hù)、電機(jī)換相信號錯誤保護(hù)，在沒有過流的情況下電機(jī)堵轉(zhuǎn)直接保護(hù)等。無刷控制器通過直接讀取各種控制信號，進(jìn)行實時處理或保護(hù)，這種就可以大大提高無刷控制器的設(shè)計可靠性。從批量使用的效果來看，采用實時控制與保護(hù)技術(shù)的無刷控制器返修率可以控制在千分之二以內(nèi)。 (未完待續(xù))