36V通用型电动车无刷控制器电路剖析
一、概述
电动车无刷控制器不仅控制无刷电机启动运转和调速，还要向其提供三相互为 1200的交流脉冲作为驱动电源。虽然无刷控制器电路较多，但组成基本一致，主要由稳 压电源、信号处理芯片、驱动电路，以及3组• 大功率MOS管组成，如图1所示。稳压电 源将+36V或48V电压稳压成+15V、+5V或 其他低压，作为控制器中各Ic的工作电压； 信号处理芯片根据转把及闸把信号，输出相 应的上三路和下三路MOS管驱动信号；驱 动电路则将驱动信号整形放大，以保证大功 率MoS管深度导通与截止。
无刷控制器的电路主要有两大类：一是 以摩托罗拉专用集成电路MC3303x系列为 主组成；二是用MCU单片作主芯片，通过 编程来满足需要。目前，市场产品以前者为 主。下面以一款36V通用型电动车无刷控制器为例进行介绍。该控制器实物如图2所 示。实绘电路及实测数据见本书第357页。
二、电路分析
1．稳压电路 ：该控制器的稳压电路如图3所示(图中 元件位号为自编号)。其电路较简单，采用电 阻降压、稳压二极管稳压，此方式已被越来 越多的无刷控制器所采用。 由于该控制器采用了无刷电机专用控 制芯片MC33035，加之驱动电路供电由 NE555升压后供给，所以对稳压电源的输出 功率要求较低，采用稳压二极管稳压即能满 足需求。 电池电压+36V一路经R1降压‘、．c1滤 波后得到约+14．4V电压，为MC33035DW 及过流、欠压检测IC(LM358)供电；另一路 经R．2、I)4、C2稳压至6．5V，为转把及霍尔 供电(此电压在控制器所附的接线说明图中 标注为5V，但实测为6．5V)。另外，此电源中 31．6V的取法较特殊，利用稳压二极管D3 的稳压特性，将R3和D4上的电压稳压 为+31．6V，作为NE555的供电电源。图中 D1为防反接二极管，防止因电池正负极连 接错误损坏电路。 值得一提的是，该电路中的稳压二极管 的型号标注分别为4744．、4743、4735，其实测 稳压值分别为14．4V、12．2V、6．5V。此类稳压 二极管标注不同于常规标法，难以通过型号 得知其稳压值。实修中，可换用相同或相近 稳压值的稳压二极管，但功率应不小于1W。
说明：图3中所标电压为外加+33．2V 直流电源时的实测值．下同。
2．升压电路：在讲升压电路之前，有必要说明为何要 设升压电路。由于新型无刷控制器的桥式功 率管(上管及下管)无一例外地使用了大功 率的N沟道MOS管(即NMOS管)，而 NMOS管的深度导通条件是G、S极间电压 应大于10V。从上管与下管的连接关系可 知．当上管导通后，其S极电压等于电源电 压。此时，若要使上管深度导通，则需在其G 极加上高于电源电压10V的电压。为此，电 路中应设有升压电路或自举电路，以保证加 在上管G极的电压高于电源电压10V以上。
本控制器的升压电路以NE555为核心 组成，电路如图4所示。
这里用时基电路NE555构成振荡器。 图中C14为振荡电容，R1 5为放电电阻， Ikl4与R15串联为充电电阻。 加电瞬问，+31．6V电压一路经R14、 R15给C14充电；另一路经D6、D5给C12 I充电。当NE555①脚电压升至约20V时，以 I NE555为核心构成的无稳态振荡器：【作，③ l-输出脉冲．在输出为低电平期间，+31．6V I电压经D6给c3充电，c3右端电位高于左 I端．当c3两端电位差约15V时，NE555③ I膏输出高电平，c3左端电位为+31．6V。此 I；{I}，C3右端电位约为31．5V+1 5V，D6截止， i D5导通，C12 f二端电压很快升至46．5v。升压电压输出的+46．5V电压用于驱动三相 桥式功率开关管的上管c •
3. 信号处理电路：该控制器的信号处理电路如图5所示。 电路采用高性能第二代单片无刷电机控制 芯片MC33035。该IC内含正确整流时序的 转子位置译码器，频率可编程的锯齿波振荡 器及误差信号放大器等电路，并具有欠压锁 定、过流／过热关断等功能。
提示：MC33033、MC33034、MC33035等 为系列同类产品，MC33034在国外应用最 普遍，国内则较多地采用MC33035，它们的 功能和组成大同小异，只是MC33034简化 了MC33035中部分辅助功能引脚，并采用 双列DS0-20脚塑封。
(1)关键引脚介绍 接通电源后，MC33035∞脚为A、B、 C相位置传感器输入，IC内部电路根据此 三脚电平的高低，译码输出正确时序的A、 B、c上下驱动信号，分别从②、⑨、①、⑩、 @、⑩脚输出。 ’
MC33035⑧脚为参考电压输出端，其电 压值为6．25V。该电压一方面作为MC33035 ⑩脚外接振荡定时电容的充电电源，另一方 面作为LM358的②、⑤脚的基准电压。
MC33035的⑧脚为内部误差信号放大 ‘器反相输入端，其电位高低将决定A、B、C 输出脉冲的占空比，即电机的转速。此脚外 接刹车把和调速把。刹车时，刹车蓝线与地 线短接，MCl 13035的⑩脚电压被拉低至 0V，无驱动脉冲输出；调速时，转把的调速 电压(TS)经R6加到MC33035的⑨脚。转 。动调速把，TS电压不同，MC33035将据此 输出不同占空比的脉冲，达到调速的目的。MC33035的④脚为600／1200相角无刷 电机控制选择端。高电平时控制600电机，低 电平时控制1200电机。在更换控制器时，无 刷控制器相角必须和无刷电机相角一致，否则电机不会转动。
MC33035的④脚为输出使能端，低电平时允许电机运行，高电平时电机停止运 行。部分控制器该脚外接刹车信号，将此脚 作为刹车控制端。
(2)过流及欠压保护
MC33035⑦脚为输出使能端，高电平时 电机转动。LM358@脚外接由康铜丝做成的 O．01fl过流检测电阻。桥式功率驱动电路的 工作电流在此电阻上形成的电压作为过流 检测信号，从LM358@脚输入，作为反相输 人信号，而⑧脚的同相输入信号由 MC33035⑧脚输出的基准电压经R3、R4分 压所得。正常工作时，⑤脚电压高于⑥脚电 压，LM358⑦脚输出高电平，D2截止，不拉低MC33035⑦脚电压。若输出过流时，rM358@脚电压将高于⑤脚电压，LM358(D 脚输出低电平，D2导通，使MC33035@脚 也是低电平，电机停转，达到过流保护的目 的。
电池电压经R1、R2分压后加到LM358 ③脚，作为同相输入信号，MC33035⑧脚输 出的6．25V基准电压直接加到LM358的② 脚，作为反相输入信号。电池电压为36V时， LM358⑧脚电压约7．2V，高于②脚电压， LM358④脚输出高电平，D4截止，不影响 MC33035的工作状态；当电池电压下降至 31 V时，LM358⑧脚电压将低于6．25V， LM358q)脚输出低电平，D4导通，MC33035 的@脚电压降至近0V，电机停转，以防止蓄 电池过度放电o
4．后级驱动电路
无刷电机控制器设有A、B、C三组驱动 电路，其电路连接关系相同。下面以A相驱 动为例加以介绍。
A相驱动电路如图6所示。图中Q2、 R19、R16、稳压管D7组成电子开关电路。 以NE555为核心的升压电路输出的+46V 电压加到Q2的发射极。当MC33035@脚输 出低电平时，在I)7的稳压作用下，D7负端 电压为31V，Q2导通，+46V电压经Q2e-c 结、R18加至A相驱动上管的G极，使此管 深度导通；当MC33035②脚输出高电平时． 等效于悬空状态，D7负端电压等于+46V，Q2 截止．A相上端管因无GS偏压而截止。
一旦电子开关Q2由导通变成截止， Q2 C极电压降至0V，Q1由截止转为导通， 迅速释放驱动上管导通时G—S极间电容所 储存的电荷，使上管迅速可靠地截止。
当MC33035的⑧脚输出高电平时，A 组驱动下管导通。同样，Q3作用是为了泄放 下管导通时G-S极间的储存电荷，使下管 迅速可靠地截止。
需要说明的是，A、B、C三相驱动的六 只驱动管中，某一时刻只能有两只导通，并 且同组中的两只不可能同时导通。这六只管 子的导通时序由MC33035根据输入的霍尔 信号及无刷电机相角决定。
