電動車充電器故障分析與檢修

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的「四大件」之一，典型的充電器如圖13-1所示。

一、UC3842+LM324構成的充電器

由電源控制晶片UC3842和四運算放大器LM324構成的充電器應用的比較廣泛。其中，UC3842和相關元件構成了功率變換器部分，LM324和相關元件構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後，市電電壓經2A保險管F1和負溫度係數熱敏電阻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中的高頻干擾脈衝後，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電壓不僅通過開關變壓器T1的初級繞組(N1繞組)加到開關管V1的　極為它供電;另一路經啟動電阻R5對電源控制晶片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內部的啟動電路開始工作，由基準電壓發生器產生的5V電壓不僅為內部的振蕩器等電路供電，而且從[8]腳輸出。該5V電壓經C5濾波後通過定時元件R9、C6和[4]腳內的振蕩器通過振蕩在C6兩端產生鋸齒波脈衝電壓，於是振蕩器輸出矩形振蕩脈衝。該脈衝作為觸發信號控制PWM調製器(RS觸發器)產生矩形激勵脈衝，再經推挽放大器放大後得到開關管激勵脈衝信號，從IC1的[6]腳輸出。當開關管激勵脈衝為高電平時，通過R4驅動開關管V1導通，300V電壓經T1的N1繞組、VI的D/S極和R6到地構成迴路，迴路中的電流在繞組N1上產生上正、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內部。同時導通電流在R6兩端產生取樣壓降，並通過R7和C7積分後加到IC1的[3]腳。當IC1的[3]腳輸入的電壓達到1V，被IC1內部的PWM電路處理後，IC1的[6]腳輸出的激勵脈衝變為低電平，使V1迅速截止。V1截止後，流過T1初級繞組的導通電流消失，T1初級繞組產生反相的電動勢，於是T1的次級繞組產生反相的脈衝電壓，經整流濾波後產生直流電壓為相應的負載供電。

N3繞組輸出的脈衝電壓通過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內的光敏管供電。N2繞組輸出的脈衝電壓經D7、D8整流，C16濾波產生的直流電壓第一路通過防止反向充電的隔離二極體D11為蓄電池充電;第二路通過R15～R18取樣後加到誤差放大器IC2的取樣端。N4繞組輸出的脈衝電壓通過D10整流，C12濾波後第一路通過R13加到光電耦合器PC1的[1]腳，為它內部的發光管供電;第二路為晶片LM324供電;第三路通過R23限流，通過穩壓管產生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R42限流加到A點。

3.穩壓控制

該開關電源的穩壓控制電路由電源控制晶片IC1、光電耦合器PC1、三端誤差放大器IC2和誤差取樣電路構成。由於誤差取樣電路是對開關電源輸出端的電壓進行取樣，所以誤差取樣方式屬於直接取樣方式。

當市電電壓降低或負載較重引起開關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取樣後，為IC2提供的取樣電壓低於2.5V。該電壓由IC2內的誤差放大器放大後，使PC1的[2]腳電位升高，於是PC1內的發光管因導通電流減小而發光變弱，而光敏管因受光變弱而導通程度下降，使PC1[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IC1內的誤差放大器放大後，為IC1內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後，使IC1[6]腳輸出的激勵脈衝占空比增大，使得開關管V1導通時間延長，開關變壓器T1存儲的能量增大，開關電源輸出電壓升高到正常值，實現穩壓控制。開關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、復合發光管LED2等元件構成。其中R20是電流取樣電阻，它串聯在蓄電池的充電迴路中，充電期間會在R20兩端產生的下正、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，導致開關電源的負載較重，在穩壓控制電路的控制下，開關管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內的紅色發光管發光，表明充電器在快速充電;另一路使IC3A[2]腳電位高於它[3]腳輸入的參考電壓，於是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，不影響開關電源的工作狀態;另一方面使LED2內的綠色發光管因無供電不能發光。

在恆流充電階段，隨著蓄電池兩端電壓不斷升高，充電電流逐步減小，開關電源在穩壓控制電路的作用下，為蓄電池提供穩定的44.5V充電電壓，充電器工作在恆壓充電階段。雖然此時充電電流較小，但在R20兩端產生的壓降仍然使IC3D的[13]腳電位低於[12]腳電位，確保紅色發光管發光。

在恆壓充電階段，隨著蓄電池兩端電壓不斷增加，充電電流進一步減小。當電流減小到轉折電流後，在R20兩端產生的壓降減小到使A點電壓變為正壓，致使IC3D的[13]腳電位變為正電壓，於是IC3D的[14]腳輸出低電平電壓。該電壓一路通過R34使LED2內的紅色發光管因導通電壓消失而熄滅;另一路使IC3A[2]腳電位低於它[3]腳輸入的參考電壓，於是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內的綠色發光管發光，表明蓄電池進入涓流充電狀態，而且使D15截止，於是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IC2內的誤差放大器放大後使PC1的[2]腳電位下降，PC1內的發光管因導通電流增大而發光加強，於是PC1內的光敏管導通加強，PC1的[4]腳輸出電壓升高。該電壓通過R11加到電源控制晶片IC1的[2]腳後，被IC1內的誤差放大器、PWM調製器處理後，使開關管V1導通時間縮短，開關電源輸出電壓下降，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)尖峰脈衝吸收

為了防止開關管V1在截止瞬間被過高的電壓擊穿，電路中設置了由C15、R21、C4、D5、R1組成的尖峰脈衝吸收迴路對過高的尖峰脈衝進行吸收，確保V1不被過高的尖峰脈衝擊穿。

(2)開關管過流保護

當蓄電池或D7、D8、D10、C12、C16擊穿等原因引起開關管V1過流，導致R6兩端產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後，切斷IC1[6]腳輸出的激勵脈衝，使V1截止，避免了V1過流損壞，實現開關管過流保護。

(3)欠壓保護

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

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]腳提供的電壓低於16V時，晶片內的啟動/關閉控制電路輸出關閉信號，IC1不能啟動;當完成啟動後，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)低於10V時，啟動/關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，實現欠壓保護。因該保護電路未採用閉鎖技術，所以保護動作後啟動電壓再次達到16V後IC1仍會啟動。

(4)軟啟動控制

該電源為了防止開機瞬間，開關管V1過激勵損壞，設置了由誤差放大器IC2、C11等元件構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內部的誤差放大器、PWM電路處理後，使ZC1的[6]腳輸出的激勵脈衝占空比由小逐漸增大到正常，避免了開關管V1在開機瞬間過激勵損壞，實現軟啟動控制。

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電源未工作，該故障檢修流程如圖13-3所示。

方法與技巧　當電源控制晶片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　開關電源未工作時，濾波電容C3會在切斷電源後仍存儲一段時間的高電壓，檢修時需對該電容放電，以免發生危險。

開關管V1損壞後，必須檢查R6、R7、R4是否被連帶損壞。為了防止更換的開關管再次擊穿，必須檢查三方面電路：一是由R1、D5、C4、C15、R21組成的尖峰脈衝吸收迴路的元件;二是電源控制晶片UC3842是否損壞;三是必須檢查穩壓控制電路。穩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，說明充電器內的穩壓控制電路異常，該故障檢修流程如圖13-4所示。

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部的開關管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。

提示　輸出電壓低的同時開關變壓器T1多會發出高頻「吱吱」叫聲。懷疑三端誤差放大器IC2、光電耦合器PC1異常時，也可採用代換法進行判斷。另外，充電控制電路異常還會產生充電狀態不能正常轉換的故障。

二、TL494+HA17358構成的充電器

由電源控制晶片TL494和雙運算放大器HA17358為核心構成的普通型充電器應用的較多，其中，TL494和相關元件構成了功率變換器部分，HA17358和相關元件構成了電壓檢測和控制部分。下面以路邦電動自行車採用的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後，市電電壓經保險管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中的高頻干擾脈衝，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。市電輸入迴路的PT是負溫度係數熱敏電阻，它可在開機瞬間限制C15因充電產生的衝擊大電流。

2.功率變換器

該變換器採用了自激啟動、他激工作方式。自激式啟動電路由開關管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控制晶片TL494和相關元件構成。由於TL494的[13]腳接5V電壓，所以TL494的輸出方式被設置為雙端輸出方式。

接通電源瞬間，由市電變換電路產生的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限流後加到V1的b極使它導通。V1導通後，310V電壓通過V1的c、e極、激勵變壓器T2的[2]-[4]繞組、開關變壓器T3的[1]-[2]繞組、C17到地構成迴路。迴路中的電流在T3的初級繞組上產生[2]腳正、[1]腳負的電動勢，在T2的[2]-[4]繞組上產生[2]腳正、[4]腳負的電動勢，於是T2的[1]-[2]繞組產生[1]腳正、[2]腳負的感應電動勢，它的[3]-[5]繞組產生[3]腳正、[5]腳負的電動勢。[3]-[5]繞組的電動勢使開關管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，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，由於電感中的電流不能突變，所以T2和T3各個繞組產生反向(相)電動勢。T2的[1]-[2]繞組產生的反相電動勢使V1迅速截止，而[3]-[5]繞組產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極到地構成迴路。該迴路中的導通電流使T3的[1]-[2]繞組產生[1]腳正、[2]腳負的電動勢，T2的[2]-[4]繞組產生[4]腳正、[2]腳負的電動勢，隨後V2截止，使T2、T3各個繞組再次產生反相的電動勢，於是使V1再次導通。重複以上過程V1和V2工作在自激振蕩狀態。該電源進入自激狀態後，T3的次級繞組輸出的脈衝電壓經D9和D10全波整流，C17濾波產生直流電壓。

C17兩端產生的電壓加到電源控制晶片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內部的觸發器、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。振蕩器獲得供電後，與[5]腳、[6]腳外接的定時元件C10、R20通過振蕩產生鋸齒波脈衝電壓。該鋸齒波脈衝電壓作為觸發信號，控制PWM比較器產生矩形激勵脈衝，再經RS觸發器產生兩個極性相反、對稱的激勵信號，通過驅動電路放大後從IC1的[8]腳和[11]腳輸出。從IC1[8]腳和[11]腳輸出的激勵脈衝通過V4和V3放大後，再經T2耦合，驅動開關管V1和V2交替導通，從而使開關管進入他激式工作狀態。開關電源進入穩定的他激式工作狀態後，T3次級繞組輸出的脈衝電壓通過全波整流，在C1和C17兩端分別產生穩定的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體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限流使發光管LED2發光，表明充電器已工作。

V1～V4的c、e極兩端並聯的D19、D18、D14、D13是阻尼二極體，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，最終給V1和V2帶來危害;T3初級繞組上並聯的C3和R1用作阻尼，以免T3進入自激振蕩狀態。D20、R35和D17、R28構成C14和C13鉗位電路，並且在開關管截止期間為C14和C13提供快速放電迴路，以便C14和C13在下個振蕩周期繼續為開關管提供激勵迴路。

3.穩壓控制

該開關電源的穩壓控制電路由電源控制晶片TL494(IC1)[1]、[2]腳內的誤差放大器1、誤差取樣電路構成。由於取樣電路對C1兩端電壓進行取樣，所以該誤差取樣方式屬於直接取樣方式。

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取樣後的電壓下降，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，兩者比較後使誤差放大器1輸出低電平控制信號，該信號通過PWM比較器和RS觸發器處理後，使IC1[8]腳、[11]腳輸出的激勵脈衝占空比增大，開關管V1和V2導通時間延長，開關變壓器T3存儲的能量增大，開關電源輸出電壓升高到正常值，實現穩壓控制。開關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。

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

提示　若冬季在室內充電也最好採用低壓方式，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)內的誤差放大器1、誤差放大器2和HA17358(IC2)、取樣電阻R29、雙色發光管LED1等元件構成。其中R29是電流取樣電阻，它串聯在開關變壓器T3的次級繞組和地之間，充電期間會在R29兩端產生的下正、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電壓經電阻限流後也加到IC1的[15]腳。

釋放能量後的蓄電池兩端電壓下降，這樣它在充電初期會使開關電源的負載較重，在穩壓控制電路的作用下開關管導通時間較長，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]腳輸出的激勵脈衝占空比限制在一定範圍內，避免開關管過流損壞;另一方面因IC2的[5]腳接地，電壓恆定為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，使雙色發光管LED1內的紅色發光管發光，表明充電器工作在恆流充電狀態，而且通過R6使V5導通，LED1內的綠色發光管因無供電不能發光。

隨著恆流充電狀態的不斷進行，蓄電池兩端電壓逐漸升高，充電電流減小，在R29兩端產生的壓降使IC1[15]腳電位從負壓變為0V，IC1內的誤差放大器2不影響開關電源的工作狀態，但該壓降仍會使充電指示燈LED1發光為紅色，此時開關電源輸出的電壓在穩壓控制電路作用下升高並保持穩定，D16負極電壓恆定為44.5V(夏季)或51V(冬季)，充電器進入恆壓充電階段。

在恆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。當電流減小到轉折電流後，在R29兩端產生的壓降減小，於是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內的紅色發光管因無導通電壓而熄滅，表明快速充電結束;另一路使V5截止，V5的c極上電壓通過電阻限流使LED1內的綠色發光管發光，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內部電路處理後，使IC1的[8]、[11]腳不能輸出激勵脈衝，開關管停止工作，避免了開關管因過流損壞。

(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構成充電迴路，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，通過比較器處理後使[8]腳和[11]腳輸出的激勵脈衝占空比由小逐漸增大到正常，避免了開關管在開機瞬間過激勵損壞，實現軟啟動控制。

(3)欠壓保護

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

6.常見故障檢修

(1)開關電源不能啟動

開關電源不能啟動，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　開關管V1、V2損壞後，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。

(2)開關電源能啟動，但不能進入他激式工作狀態

開關電源能啟動，但不能進入他激式工作狀態，說明電源控制晶片TL494未工作或驅動電路異常，該故障的檢修流程如圖13-8所示。

(3)開關電源輸出電壓低

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

電動車控制器故障分析與檢修

控制器全稱是電機驅動控制器，它的作用就是驅動電機旋轉。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的「四大件」之一，典型的控制器如圖13-10所示。

一、有刷電機控制器

電機控制晶片ST926401Y、時基晶片NE555、雙電壓比較器LM393構成的有刷電機控制器的控制電路，如圖13-11所示。其中，ST926401Y用於形成PWM脈衝和調速、剎車等控制，NE555用於PWM激勵信號的放大，LM393用於過流保護信號放大。(原圖的元件未標註符號，符號由編者加註。)

1.12V、5V供電電路

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

2.激勵脈衝電路

IC1(ST926401Y)[2]腳獲得5V供電後，它[15]腳內的振蕩器和R9等元件通過振蕩產生鋸齒波脈衝。該脈衝作為觸發信號控制IC1內部的RS觸發器等電路產生的激勵脈衝(PWM脈衝)通過緩衝放大後從[14]腳輸出。

3.電機驅動放大

電機驅動電路由驅動電路和功率放大電路兩部分構成。驅動電路採用了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]腳輸出的矩形脈衝經IC2放大後從[3]腳輸出，再通過R15使VT1工作在開關狀態。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到地構成迴路，迴路中的電流驅動電機旋轉。VT1截止後，流過電機繞組的導通電流消失，使繞組產生反相的電動勢。該電動勢通過泄放二極體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.調速控制電路

調速控制電路由IC1和相關部件構成。在旋轉轉把時，轉把內的圓弧形永久磁鐵開始轉動，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]腳後，對IC1內的相關電路進行控制，改變IC1[14]腳輸出的激勵脈衝占空比。當[14]腳輸出的激勵脈衝占空比增大時，VT1導通時間延長，為電機繞組提供的驅動電流增大，電機旋轉速度加快，車速變快;若[14]腳輸出的激勵脈衝占空比減小使VT1導通時間縮短後，電機旋轉速度變慢，從而實現了電機轉速的調整。

5.剎車控制電路

該控制器的剎車控制由IC1(ST926401Y)[4]腳內部電路和剎把共同完成。該機的左、右剎把並聯接在一起，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內部電路識別後使它[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，剎把內的機械開關閉合，通過VD2使IC1[4]腳電位變低電平。該電平被IC1內部電路識別後切斷IC1[14]腳輸出的激勵脈衝，使電機停止轉動，實現剎車控制。

6.限速巡行電路

該控制器的限速巡行控制電路由IC1(ST926401Y)和限速巡行開關等元件構成。限速巡行開關未接通時，5V電壓通過R3為IC1[16]腳提供高電平電壓，被IC1內部電路處理後，使它[14]腳輸出正常的激勵脈衝，電動自行車工作在正常的調速狀態;限速巡行開關接通後，IC1[16]腳電位被拉低變為低電平，被IC1內部電路處理後，將[14]腳輸出的矩形脈衝占空比限制在一定範圍內，則控制器為電機提供的激勵電流被限制在一定範圍，使電動自行車在限速範圍內行駛。

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，該控制器設置了過流保護電路。該保護電路由IC1、IC3內的比較器B(IC3B)和取樣電路構成。

取樣電阻R13產生的取樣電壓通過R14加到IC3B的反相輸入端[6]腳，同時5V電壓通過R11和R12取樣後，為IC3B的同相輸入端[5]腳提供參考電壓。當電機運轉不正常等原因導致VT1過流，使R13兩端的壓降增大，通過R14使IC3[6]腳電位超過[5]腳電位後，IC3[7]腳輸出低電平電壓，被IC1[9]腳內部電路檢測後，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，實現了過流保護。

(2)欠壓保護

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

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取樣後，為IC1[6]腳提供的取樣電壓較高，該電壓被IC1[6]腳內部電路處理後，不影響IC1工作，IC1[14]腳輸出的激勵脈衝正常，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，實現了欠壓保護。

8.常見故障檢修

(1)電機不旋轉

電機不旋轉，說明轉把、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。

(2)電機轉速異常

電機轉速異常，說明轉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控制晶片MC33033DW、半橋式驅動器IR2103、雙電壓運算放大器LM358構成的無刷電機控制器在電動自行車中應用的較多。其中，MC33033DW用於PWM脈衝形成、控制，半橋式驅動器IR2103用於信號驅動，LM358用於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

接通鎖開關後，36V蓄電池盒輸出的電壓通過C1和C2濾波後，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體VD15隔離，R1限流，C3和C4濾波後，加到三端穩壓器7815(IC6)的供電端，經它穩壓輸出15V電壓，經C5、C6濾波後不僅為IC1、IC2、IC3、IC4、IC5供電，而且通過取樣後為IC5提供參考電壓。

2.激勵脈衝電路

該機的激勵脈衝電路以MC33033DW(IC1)為核心構成。由電源電路產生的15V電壓加到IC1[14]腳，為它內部的基準電壓發生器等電路供電。該內部基準電壓發生器產生的6.25V基準電壓不僅從[7]腳輸出，通過R10限流得到5V電壓為電機內的霍爾IC和轉把內的霍爾IC供電，而且為IC1內部的振蕩器、PWM脈衝形成等電路供電。IC1內的振蕩器得到供電後，與[8]腳外接的定時元件R9、C22通過振蕩產生鋸齒波脈衝，該脈衝作為觸發信號控制PWM脈衝形成電路(RS觸發器)產生3個高端驅動脈衝和3個低端驅動脈衝，低端驅動脈衝從IC1[1]腳、[2]腳、[20]腳輸出，高端驅動脈衝從[15]腳～[17]腳輸出。

3.驅動電路

該控制器的電機三相繞組驅動電路以三塊半橋式放大器IR2103(IC2～IC4)為核心構成。由於三路繞組驅動電路構成相同，所以下面以IC2構成的驅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IC2內的緩衝放大器放大，再經半橋式功率放大器放大後從IC2的[5]腳和[7]腳輸出。當[5]腳輸出的激勵脈衝為低電平、[7]腳輸出的激勵脈衝為高電平時，[5]腳的低電平脈衝使VD2導通，致使功率管V2迅速截止，以免存儲效應引起V2因關斷損耗大而損耗，[7]腳輸出的高電平脈衝通過R2使功率管V1導通，V1導通後，由它S極輸出的電壓為電機繞組供電;當[5]腳輸出的激勵脈衝為高電平、[7]腳輸出的激勵脈衝為低電平時，[7]腳的低電平脈衝使VD1導通，致使功率管V1迅速截止，以免存儲效應引起V1因關斷損耗大而損耗，[5]腳輸出的高電平脈衝通過R3使功率管V2導通。V2導通後，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動，使其產生磁場，驅動轉子旋轉，實現電機驅動。

為了確保高端驅動管能夠正常工作，IC2還為高端驅動管設置了自舉升壓型供電電路。該電路由VD7、C13和功率管構成。功率管V1截止、V2導通期間15V電壓通過隔離二極體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截止後，C13兩端存儲的電壓與來自蓄電池盒的電壓疊加後，就能為V1的G極提供高於它D極14.3V左右的驅動電壓。

4.相序控制和功率放大

為了實現換向，該無刷控制器的相序控制電路由MC33033DW(IC1)內的轉子定位解碼器、電機內部的霍爾IC構成。功率放大電路了採用了6隻大功率場效應管V1～V6做功率管。

當IC1工作後，由它輸出的激勵信號驅動電機旋轉。電機旋轉後，電機內的三個開關型霍爾元件產生位置傳感脈衝信號，它們通過C20、C21和C24濾除干擾脈衝後，從IC1[4]腳～[6]腳輸入到轉子定位解碼器，由該解碼器處理後就可確保IC1輸出的激勵信號相位的準確。輸出的激勵信號再通過驅動電路IC2～IC4放大後，就可按規定順序使V1～V6工作在開關狀態。之後，V1～V6就可為電機內的3個繞組循環提供激勵電流，使它們產生旋轉磁場，驅動電機旋轉。

5.調速控制電路

調速控制電路由IC1(MC33033DW)、轉把和相關元件構成。旋轉轉把時，轉把內的圓弧形永久磁鐵開始轉動，使霍爾IC輸出的直流控制電壓由低到高或由高到低發生變化。當調速控制電壓通過R3使IC1[9]腳輸入的電壓由低逐漸升高時，經IC1內部電路處理後，使IC1輸出的高端激勵脈衝占空比增大，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，電機的旋轉速度加快，車速變快，實現了加速調整。反之，若IC1[9]腳輸入的電壓由高到低時，使IC1輸出的高端激勵脈衝占空比減小，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，實現減速調整。

6.限速巡行電路

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

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、右剎把內的機械開關並聯接在一起，它們的一端通過VD10接IC5[3]腳，另一端接地。正常行駛時，剎車開關不接通，使VD10截止，此時IC5的[3]腳電位高於[2]腳電位，於是它[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。當採用剎把剎車時剎車開關對地接通，IC5[3]腳電位通過VD10被鉗位到低電平，使IC5[3]腳電位低於[2]腳的電位，IC5[1]腳輸出的電壓變為低電平，使VD11和VD12導通，將IC1[9]腳和[19]腳電位變為低電平。該低電壓被IC1內部電路檢測處理後使IC1無激勵脈衝輸出，場效應管全部截止，電機停轉，實現剎車控制。

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]腳才能輸出激勵脈衝。

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，該控制器設置了由MC33033DW(IC1)[12]腳內部電路和R0等元件構成的過流保護電路。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，取樣後的電壓加到IC1[12]腳。

電機運轉正常時，R0產生的壓降較小，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。一旦電機運轉不正常等原因導致場效應管過流，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後，IC1內的過流保護電路便發出控制信號使IC1不再輸出激勵脈衝，場效應管V1～V6截止，電機停轉，實現了過流保護。

(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濾波後加到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取樣後加到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]腳電位高於它[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後，經取樣使IC5[5]腳電位低於[6]腳上的參考電壓，於是IC5[7]腳輸出低電平電壓，使VD13和VD14導通，致使IC1[9]腳和[19]腳電位變為低電平，被內部電路檢測處理後使IC1無激勵脈衝輸出，場效應管全部截止，電機停轉，實現了欠壓保護。

9.常見故障檢修

(1)電機不旋轉

電機不旋轉，說明剎把、轉把、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的保險管過流熔斷，產生整車無電故障。脫開控制器與蓄電池的連線後，測控制器端的供電線和接地線之間的阻值，若阻值過小，說明控制器內的功率管或濾波電容擊穿。V1～V6擊穿除了應檢查驅動電路、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

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

(3)電機轉速異常

電機轉速異常，說明轉把異常或控制器異常，該故障檢修流程如圖13-17所示。