CN102501780B - 电动车三档分流控制器 - Google Patents

Abstract

电动车三档分流控制器涉及对直流电机提供三档分流电流控制器领域。单片机芯片的输出脚[26]、[2]、[17]、[11]、[15]、[13]分别连接到共用两个采样电流电阻器的三路MOS场效应管驱动电路各输入端，单片机芯片输入脚[5]、[6]和[7]分别连接到直流电机的三个霍尔传感器信号端子；三档切换按钮K两端分别连到单片机芯片输出脚[23]和地端；运算放大器U1放大后采样电流送到单片机芯片输入脚[4]；输出脚[16]、[10]和[19]分别连三个发光二极管；调速把信号连到输入脚[8]；在档位寄存器内设定有三档电流档；控制器优点是通过调节信号占空比脉冲，构成三档分流控制器的闭环电流调节。

Description

电动车三档分流控制器

技术领域

本发明电动车三档分流控制器涉及电动车在三种不同运行速度范围下行驶时，能对电动车的直流无刷电机提供三档分流电流的控制器领域。

背景技术

电动车的手把切换按钮可以将电动车行驶速度切换成三档，即第一档为100％额定转速档(亦称全速档)，第二档为经济运行档，其速度为85％额定转速，而第三档为高速运行档，其速度为110％额定转速，若第一档额定转速为：30公里/小时，这时电动车动力大，可爬陡坡，则第二档经济运行档的转速为25.5公里/小时，在第二档下可以使电动车的续行里程延长，第三档高速运行档可达到33公里/小时，要使电动车能在以上三档转速下都能运行，就需要设计电动车三档分流控制器，能够分三路对直流无刷电机绕组分别提供对应于一、二、三档转速下所需的电池供给电流。

发明内容

本发明的目的是提供电动车三档分流控制器，通过在控制器单片机芯片档位寄存器内设定三档电流，分别从单片机芯片三档六个输出脚控制对应的三路MOS场效应管驱动电路，对直流无刷电机三相绕组中的每相绕组均能提供一、二、三档电流，并能达到根据电动车手把所在不同的转动位置，以达到对上述三档电机输入电流进行实时调节的目的。

电动车三档分流控制器，它包括单片机芯片(1)、三路MOS场效应晶体管驱动电路(2)、电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)和发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)，其中，单片机芯片(1)第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别连接到直流无刷电机的三个霍尔传感器信号线端子(HU、HV和HW)，其特征在于，所述控制器还包括直流无刷电机转子位置信号检测电路(3)、电流采样信号放大电路(5)、单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别与手把上各对应发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)连接电路(6)和线性霍尔传感器调速把信号线输出电路(7)，其中，单片机芯片(1)第四输出脚[26]、第五输出脚[2]连接到第一路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第六输出脚[17]、第七输出脚[11]连接到第二路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第八输出脚[15]、第九输出脚[13]连接到第三路MOS场效应管驱动电路两输入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路结构相同，每路均由六只小信号开关管、两只单向导通二极管、四只MOS场效应管和一些电阻器、一只电容器组成，所述第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路共用两个采样电流电阻器，每路均有一个输出电流的电机相线端；电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)的三档切换按钮(K)两端分别与单片机芯片(1)第十输出脚[23]和地端相连接；采样电流端的采样电流被第一运算放大器(U1)放大后送到单片机芯片的第四输入脚[4]；单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别经电阻器(R24、R25和R26)连接到发光二极管(LED1、LED2和LED3)；调速把信号线输出电路(7)的调速把信号连接到单片机芯片(1)第五输入脚[8]；在单片机芯片(1)的设定档位寄存器内共设定有第一档、第二档和第三档电流档；单片机芯片(1)第五输入脚[8]将信号通过模数变换器转换成模数值，并将模数值A(0-255)发送至速度寄存器内，将手把输入速度值进行调整后，控制脉冲占空比输出值，实现三档速度调节；在单片机芯片(1)内根据电流实际值与电流设定值相比较，通过调节信号占空比脉冲，构成电动车三档分流控制器内的闭环电流调节。

本发明电动车三档分流控制器的电路结构说明如下：

在本电动车三档分流控制器(以下简称本控制器)内，采用的单片机芯片使用8位哈佛结构处理器内核(M8C CPU)，具有独立的程序存储器和数据存储器总成，处理器速度可达24MHZ，有8KB的闪存(Flash ROM)用于程序存储以及256字节的片内SRAM数据存储器；它有4个数字模块和4个模拟模块，单片机芯片内的数字模块可以配置各种各样用户模块，如时间定时器、实时时钟、脉宽调制和死区脉宽调制，它集成了一个专用的8位逐次逼近模/数转换器，一次转换时间只有3.33μs(微秒)，这对于快速的检测电流信号非常有用。

本单片机芯片(1)共有28个管脚，其中第一管脚[28]与电源+5伏相连接，第二管脚[14]接地；第四输出脚[26]和第五输出脚[2]、第六输出脚[17]和第七输出脚[11]以及第八输出脚[15]和第九输出脚[13]分别对第一路、第二路以及第三路MOS场效应管驱动电路的小信号开关管提供0伏导通信号或+5伏截止信号；第一路两上管、两下管的漏极、门极和源极分别并联连接，第二路两上管、两下管的漏极、门极和源极分别并联连接，第三路两上管(V1、V2)的漏极、门极和源极分别并联连接，第三路两下管(V3、V4)的漏极、门极和源极分别并联连接。第一输出脚[10]、第二输出脚[16]和第三输出脚[19]分别通过限流电阻与电动车手把上的三档发光二极管转速指示灯LED1、LED2和LED3相连接，对其提供发光电流，分别指示第一档100％额定转速、第二档85％额定转速和第三档110％额定转速。

第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别与直流无刷电机定子上的三个霍尔传感器的信号线HU、HV和HW相连接，单片机芯片的第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别接收直流无刷电机的转子位置信号。

第六输入脚[23]接受电动车调速手把三档切换按钮K正极发送出的切换档位信号，使单片机芯片通过第六输入脚[23]能识别由骑车人通过电动车调速手把上的三档切换按钮K发出的所需三档转速中的其中一档的转速信号，电动车调速手把档切换按钮K负极接地。

第五输入脚[8]通过第二十七电阻器(R27)与电动车调速手把上的调速把信号线相连接，将调速把所在转动位置通过调速把内线性霍尔传感器发出的电磁信号经第五输入脚[8]输入到单片机芯片内，再经模/数转换器变换成二进制数字信号；电动车调速把的地线接地。

以第三路MOS场效应管驱动电路为例，第三路MOS场效应管驱动电路(2)中的单片机芯片(1)的输出脚[15]经第四电阻器(R4)与小信号的第二开关管(Q2)发射极相连接，+5伏电源经第二电阻器(R2)与第二开关管(Q2)基极相连接，第二开关管(Q2)集电极通过第一结点(B)分别与第一开关管(Q1)基极、第一电阻器(R1)一端相连接，第一电阻器(R1)另一端通过第二结点(A)分别与第一二极管(D1)负极、第一电容器(C1)正极以及第一开关管(Q1)发射极相连接，第一二极管(D1)正极与电源+15伏相连接，第一开关管(Q1)集电极通过第三结点(C)分别与第二二极管(D2)正极、第三开关管(Q3)基极以及第五电阻器(R5)一端相连接，第一电容器(C1)负极通过第四结点(F)分别与第五电阻器(R5)另一端、第三开关管(Q3)集电极、第一场效应晶体管(V1)源极、第二场效应晶体管(V2)源极以及电机相线端相连接；第二二极管(D2)负极与第三电阻器(R3)一端相连接，第三电阻器(R3)另一端通过第五结点(E)分别与第三开关管(Q3)发射极、第一场效应晶体管(V1)门极、第二场效应晶体管(V2)门极相连接，第一场效应晶体管(V1)漏极和第二场效应晶体管(V2)漏极并联到+48伏电源；单片机芯片(1)第九输出脚[13]经第八电阻器(R8)与第五开关管(Q5)发射极相连接，单片机芯片(1)的第九输出脚[13]又经第九电阻器(R9)与第六开关管(Q6)基极相连接，第五开关管(Q5)基极连接+5伏电源，第五开关管(Q5)集电极通过第六结点(G)与第四开关管(Q4)基极相连接，并与第六电阻器(R6)一端相连接，第六电阻器(R6)另一端与第四开关管(Q4)发射极及+15伏电源相连接，第四开关管(Q4)集电极与第七电阻器(R7)一端相连接，第七电阻器(R7)另一端通过第七结点(I)分别与第六开关管(Q6)集电极、第三场效应晶体管(V3)门极和第四场效应晶体管(V4)门极相连接；第六开关管(Q6)发射极接地；第三场效应晶体管(V3)漏极和第四场效应晶体管(V4)漏极并联后经第四结点(F)与电机相线端相连接，第三场效应晶体管(V3)源极和第四场效应晶体管(V4)源极并联后连接到采样电流端和第十电阻器(R10)、第十一电阻器(R11)并联端，第十电阻器(R10)和第十一电阻器(R11)另一端并联后接地。当第八输出脚[15]上有0伏电压时，则小信号开关管Q2、Q1导通，使并联的MOS场效应管V1、V2的门极通过第二二极管D2、限流电阻器R3得到高电平电压，使MOS场效应管V1、V2导通，若第八输出脚[15]上有+5伏电压时，则小信号开关管Q2、Q1关闭，使MOS场效应管V1、V2关闭，同样，当第九输出脚[13]上有0伏电压时，则小信号开关管Q5、Q4导通，使MOS场效应管V3、V4导通，第九输出脚[13]上有+5伏电压时，则小信号开关管Q5、Q4关闭，从电机相线端向电机绕组输送大电流信号。以上第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路，分别通过U、V、W电机相线端向电机三相绕组中的两相输出大功率电流，驱动直流无刷电机转动。

在三路MOS场效应管驱动电路的并联的电流采样电阻R10和R11上向电动车三档分流控制器的采样电流端发出采样电流信号，再经第一运算放大器U1放大后，以提高识别性能，送到单片机芯片的第四输入脚[4]，再经单片机芯片内部对电流信号进行实时调整，来控制直流无刷电机三相绕组中的电流大小，形成控制器的闭环电流控制。

在单片机芯片内设定有档位寄存器，在档位寄存器中存储的档位数为0、1、2，分别对应：

1、电动车的电门锁开启时三档切换按钮未按，设定默认为第1档，即100％额定转速，第一档时，控制器控制直流无刷电机的输入电流为：30±1安培(A)；

2、当电动车手把上的三档切换按钮K按一次时，则给单片机芯片的输入脚[23]提供0伏低电平，此档设定为第二档，电流设置为：20±1安培(A)。

3、当所述的三档切换按钮K再按一次时，同样，向单片机芯片的输入脚[23]提供0伏低电平，这时，设定为第三档，电流设置为：25±1安培(A)；总之，根据单片机芯片内档位寄存器内的电流调节档位数[LEVEL]，通过电动车电流设定档位子程序执行流程图，可选取上述的各电流设定值，通过控制器可以实现控制直流电源对直流无刷电机三相绕组内提供三档不同的输入电流设定值(门限电流)，即通过档位子程序实现三档分流电流，在芯片内执行完上述电动车手把电流设定档位子程序后，再返回[RETURN]主程序。

当骑车人通过转动电动车手把来调节电动车行驶速度时，则手把上的调速把信号线向单片机芯片的第五输入脚[8]输入速度信号值，通过模/数变换器，将模拟信号变换成8位二进制数字代码，送到单片机芯片内的设定档位速度寄存器内，执行车把的速度调节档子程序(SPEED-SET-LEVEL)，这时8位二进制A值由0-255，首先读取手把模数值(AD值)至A，对应于手把转动量的脉冲宽度调节后的脉冲占空比应该等于A/256。

在单片机芯片内再判断手把此时所在的挡位。

1、若[LEVEL]-2>=0成立(Y)时，即手把处于第3档，再执行增速110％额定速度(增速设置)子程序，这时为增速(高档)状态。

2、若[LEVEL]-1>=0成立(Y)时，即手把处于第2档，将手把转动后对应的占空比设定值A/256×0.85，此时处于限速状态，为经济档，此档续行里程长。

3、若[LEVEL]-1>=0不成立时，这时[0]-1<0，即手把处于第1档时，手把转动后对应的占空比设定值×1，此时处于额定转速状态(全速状态)。

脉宽调制后占空比大时，则三路MOS场效应管驱动电路中的MOS场效应管开启时间长，供给直流无刷电机绕组内的电流就增大，电机转速就快，消耗电能就大，电动车续行里程就短，反之，脉宽调制后的占空比小，MOS场效应管开启时间短，电机绕组内电流小，电机转速小，消耗电能小。

总之，在控制器芯片内通过程序来控制脉冲占空比的输出，即可实现电动车的三档行驶速度。

根据电流实际值与电流设定值相比较，构成闭环电流控制调节框图，在单片机芯片内通过用于电动车三档分流控制器的闭环电流控制调节判断子程序，对于采样电流端采样到的实时电流值(电流实际值)与电流设定值(即30±1安、20±1安和25±1安)进行比较：

1、若电流实际值小于电流设定值，且电流相差超过3安时，则过512μs(微秒)增加占空比1/256；若电流相差不超过3安，但超过1安时，则过1ms(毫秒)增加占空比1/256；若电流相差值不超过1安，则过2ms(毫秒)增加占空比1/256，上述闭环电流控制调节判断子程序执行完毕后，返回主程序；

2、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值超过1.5安，则过512μs减少占空比1/256，执行后，返回主程序。

3、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值不超过1.5安，但超过1安时，则过1ms(即两个512μs)减少占空比1/256，执行后，返回主程序。

4、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值不超过1安，则过2ms减少占空比1/256，执行完上述闭环电流控制调节判断子程序后，则返回主程序。

在本发明单片机芯片内，采样周期为64μs，即每过64μs判断一次电流实际值与电流设定值的电流差值大小，在单片机芯片内经采样8次后，即需64μs×8=512μs。

本电动车三档分流控制器优点是可精确地实时控制电源向电机三相绕组中提供的三档分流电流的实时电流值大小，从而可实际控制电动车的三档额定转速中的实时转速，且电路结构简单、运行稳定可靠。

附图说明

图1：单片机芯片1的28个输入/输出口接线脚示意图。

图2：驱动直流电机三相绕组中的一相电流相线端的第三路MOS场效应管驱动电路2电原理图。

图3：直流无刷电机转子位置信号检测电路3电原理图。

图4：三档切换按钮K与单片机芯片1的输入脚[23]间的电动车手把三档切换按钮信号检测电路4的电连接原理图。

图5：为采样电流端与单片机芯片1的输入脚[4]间的电流采样信号放大电路5电原理图。

图6：单片机芯片1的输出脚[16]、输出脚[10]和输出脚[19]分别与电动车手把上转速指示灯的发光二极管LED1、LED2和LED3连接电路6电原理图。

图7：线型霍尔传感器调速手把信号输出电路图7。

图8：电动车电流设定档位子程序执行流程图。

图9：电动车手把速度调节档子程序执行流程图。

图10：电动车三档分流控制器闭环电流控制调节判断框图。

具体实施方式

参见各附图，电动车三档分流控制器，它包括单片机芯片(1)、三路MOS场效应晶体管驱动电路(2)、电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)和发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)，其中，单片机芯片(1)第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别连接到直流无刷电机的三个霍尔传感器信号线端子(HU、HV和HW)，其特征在于，所述控制器还包括直流无刷电机转子位置信号检测电路(3)、电流采样信号放大电路(5)、单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别与手把上各对应发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)连接电路(6)和线性霍尔传感器调速把信号线输出电路(7)，其中，单片机芯片(1)第四输出脚[26]、第五输出脚[2]连接到第一路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第六输出脚[17]、第七输出脚[11]连接到第二路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第八输出脚[15]、第九输出脚[13]连接到第三路MOS场效应管驱动电路两输入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路结构相同，每路均由六只小信号开关管、两只单向导通二极管、四只MOS场效应管和一些电阻器、一只电容器组成，所述第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路共用两个采样电流电阻器，每路均有一个输出电流的电机相线端；电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)的三档切换按钮(K)两端分别与单片机芯片(1)第十输出脚[23]和地端相连接；采样电流端的采样电流被第一运算放大器(U1)放大后送到单片机芯片的第四输入脚[4]；单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别经电阻器(R24、R25和R26)连接到发光二极管(LED1、LED2和LED3)；调速把信号线输出电路(7)的调速把信号连接到单片机芯片(1)第五输入脚[8]；在单片机芯片(1)的设定档位寄存器内共设定有第一档、第二档和第三档电流档；单片机芯片(1)第五输入脚[8]将信号通过模数变换器转换成模数值，并将模数值A(0-255)发送至速度寄存器内，将手把输入速度值进行调整后，控制脉冲占空比输出值，实现三档速度调节；在单片机芯片(1)内根据电流实际值与电流设定值相比较，通过调节信号占空比脉冲，构成电动车三档分流控制器内的闭环电流调节。参见图1，本电动车三档分流控制器中的单片机芯片1有8KB的闪存，用于程序存储以及256字节的片内SRAM数据存储器；单片机芯片1有4个数字模块和4个模拟模块，数字模块可以配置各种用户模块，如时间定时器、实时时钟、脉宽调制和死区脉宽调制，该单片机芯片1共有28个管脚。

单片机芯片1的第四输出脚[26]和第五输出脚[2]分别对第一路MOS场效应管驱动电路的小信号开关管提供0伏导通信号或+5伏截止信号，第一路两上管的漏极、门极和源极分别并联连接，当第一路两上管V_GS=0伏时，则两上管关闭，无输出，此时两下管的源极S有输出电流到电机的绕组中。

同样，单片机芯片1的第六输出脚[17]和第七输出脚[11]分别对第二路MOS场效应管驱动电路的小信号开关管提供0伏导通信号或+5伏截止信号，第二路两上管、两下管的漏极、门极和源极分别并联连接。

单片机芯片1的第八输出脚[15]和第九输出脚[13]分别对第三路MOS场效应管驱电路的小信号开关管提供0伏导通信号或+5伏截止信号，第三路两上管V1、V2的漏极、门极和源极分别并联连接，第三路两下管V3、V4的漏极、门极和源极分别并联连接。

单片机芯片1中输出的脉宽调制的脉冲占空比大小，控制一、二、三路场效应管源极输出电流的大小，以及电机绕组的换相速度。

单片机芯片1输出的脉宽调制占空比大小根据单片机芯片1输入脚[4]输入的实时电流值、三档切换按钮K所在档位以及输入脚[8]输入的手把转动位置的调速把信号(即电动车要求运行的速度)来确定的。

单片机芯片1的第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别与直流无刷电机定子上的三个霍尔传感器HU、HV、HW的三根信号线相连接；第五输入脚[8]与手把的调速把信号线相连接；第六输入脚[23]与三档切换按钮K的信号线相连接；第四输入脚[4]与第一运算放大器U1输出端相连接；第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别与手把上的档位指示灯——发光二极管LED1、LED2和LED3相连接。

单片机芯片1的第一管脚[28]与电源+5伏相连接，第二管脚[14]接地。

参见图2，第三路MOS场效应管驱动电路2中的单片机芯片1的第八第三路MOS场效应管驱动电路(2)中的单片机芯片(1)的输出脚[15]经第四电阻器(R4)与小信号的第二开关管(Q2)发射极相连接，+5伏电源经第二电阻器(R2)与第二开关管(Q2)基极相连接，第二开关管(Q2)集电极通过第一结点(B)分别与第一开关管(Q1)基极、第一电阻器(R1)一端相连接，第一电阻器(R1)另一端通过第二结点(A)分别与第一二极管(D1)负极、第一电容器(C1)正极以及第一开关管(Q1)发射极相连接，第一二极管(D1)正极与电源+15伏相连接，第一开关管(Q1)集电极通过第三结点(C)分别与第二二极管(D2)正极、第三开关管(Q3)基极以及第五电阻器(R5)一端相连接，第一电容器(C1)负极通过第四结点(F)分别与第五电阻器(R5)另一端、第三开关管(Q3)集电极、第一场效应晶体管(V1)源极、第二场效应晶体管(V2)源极以及电机相线端相连接；第二二极管(D2)负极与第三电阻器(R3)一端相连接，第三电阻器(R3)另一端通过第五结点(E)分别与第三开关管(Q3)发射极、第一场效应晶体管(V1)门极、第二场效应晶体管(V2)门极相连接，第一场效应晶体管(V1)漏极和第二场效应晶体管(V2)漏极并联到+48伏电源。

单片机芯片1的第九输出脚[13]经第八电阻器(R8)与第五开关管(Q5)发射极相连接，单片机芯片(1)的第九输出脚[13]又经第九电阻器(R9)与第六开关管(Q6)基极相连接，第五开关管(Q5)基极连接+5伏电源，第五开关管(Q5)集电极通过第六结点(G)与第四开关管(Q4)基极相连接，并与第六电阻器(R6)一端相连接，第六电阻器(R6)另一端与第四开关管(Q4)发射极及+15伏电源相连接，第四开关管(Q4)集电极与第七电阻器(R7)一端相连接，第七电阻器(R7)另一端通过第七结点(I)分别与第六开关管(Q6)集电极、第三场效应晶体管(V3)门极和第四场效应晶体管(V4)门极相连接；第六开关管(Q6)发射极接地；第三场效应晶体管(V3)漏极和第四场效应晶体管(V4)漏极并联后经第四结点(F)与电机相线端相连接，第三场效应晶体管(V3)源极和第四场效应晶体管(V4)源极并联后连接到采样电流端和第十电阻器(R10)、第十一电阻器(R11)并联端，第十电阻器(R10)和第十一电阻器(R11)另一端并联后接地。第一路MOS场效应管驱动电路及第二路MOS场效应管驱动电路与第三路MOS场效应晶体管电路结构完全相同，每路分别均由六只小信号开关管、两只二极管、四只MOS场效应管和一些电阻器、一只电容器组成，所述三路MOS场效应管驱动电路共用两只并联的采样电流用电阻值相等的电阻器R10和电阻器R11，每路MOS场效应管驱动电路均有一个输出电流的电机相线端。

参见图3，在直流无刷电机转子位置信号检测电路3中，安装在直流无刷电机定子矽钢片上的三个霍尔传感器的电源线正极H+连接+5伏电源，电源线负极H-连接地端；三个霍尔传感器的信号线端子HU、HV和HW分别通过第十五电阻器R15、第十六电阻器R16和第十七电阻器R17与单片机芯片1的第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]相连接。

在霍尔传感器信号线端子HU和第十五电阻器R15一端之间与第十二电阻器R12一端相连接，在霍尔传感器信号线端子HV和第十六电阻器R16一端之间与第十三电阻器R13一端相连接，在霍尔传感器信号线端子HW和第十七电阻器R17一端之间与第十四电阻器R14一端相连接，第十二电阻器R12另一端、第十三电阻器R13另一端和第十四电阻器R14另一端共同连接到+5伏电源。

在第十五电阻器R15另一端和第一输入脚[5]之间与第二电容器C2正极相连接，在第十六电阻器R16另一端和第二输入脚[6]之间与第三电容器C3正极相连接，在第十七电阻器R17另一端和第三输入脚[7]之间与第四电容器C4正极相连接，第二电容器C2负极、第三电容器C3负极和第四电容器C4负极共同连接到接地端。

参见图4，在电动车手把三档切换按钮信号检测电路4中，电动车手把上的三档切换按钮(K)一端与第十九电阻器(R19)一端、第十八电阻器(R18)一端相连接，第十八电阻器(R18)另一端连接+5伏电源，第十九电阻器(R19)另一端与第五电容器(C5)正极、单片机芯片(1)的第六输入脚[23]相连接；三档切换按钮(K)另一端和第五电容器(C5)负极共同接地。

第十八电阻器(R18)为上拉电阻器，使第六输入脚[23]能得到来自+5伏电源的电压。

第十九电阻器(R19)和第五电容器(C5)共同组成滤波电路。

参见图5，在电流采样信号放大电路5中，采样电流端与第一分压电阻器(R22)一端相连接，第一分压电阻器(R22)另一端与第二分压电阻器(R21)一端、第一滤波电容器(C6)一端相连接后，再连接到第一运算放大器(U1)的正极输入端，第二分压电阻器(R21)另一端接+5伏电源，第一滤波电容器(C6)另一端与第二十三电阻器(R23)一端相连后共同接地，第二十三电阻器(R23)另一端与第二十电阻器(R20)一端相连接后，再连接到第一运算放大器(U1)的负极输入端，第二十电阻器(R20)另一端与第一运算放大器(U1)输出端及单片机芯片(1)的输入脚(4)相连接，第一运算放大器(U1)集成电路块需连接+5伏电源(8脚)和接地(4脚)；第一运算放大器(U1)的电流放大倍数等于第二十电阻器(R20)与第二十三电阻器(R23)的两电阻值之比。运算放大器U1的电流放大倍数=R20/R23，被放大后的采样电流输入到第四输入脚[4]后，可提高单片机芯片1的采样电流分辩率。

参见图6，在单片机芯片1的第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别与安装在电动车手把上转速指示灯的发光二极管LED1、LED2和LED3相连接的连接电路6中，单片机芯片(1)的第一输出脚[16]经第二十四电阻器(R24)与第一发光二极管(LED1)正极相连接，第二输出脚[10]经第二十五电阻器(R25)与第二发光二极管(LED2)正极相连接，第三输出脚[19]经第二十六电阻器(R26)与第三发光二极管(LED3)正极相连接，分别表示第一档100％额定转速、第二档85％经济运行档转速和第三档110％高速运行档的发光二极管指示灯的LED1负极、LED2负极和LED3负极共同连接到接地端。

参见图7，在线型霍尔传感器调速手把信号输出电路7中，线型霍尔传感器安装在电动车的调速手把中，图7中，“调速转把电源”为线型霍尔传感器电源端，它与+5伏电源第一管脚[28]相连接，“调速转把地”为线型霍尔传感器接地端，与第二管脚[14]相连接。

在图7中，“调速把信号”为线型霍尔传感器信号线上的线性变化的电压值信号，为1.1伏至4.2伏的电压信号，输送到单片机芯片1的第五输入脚[8]。

在图7中，“调速把信号”端与第二十七电阻器27一端、第二十八电阻器28一端相连接，第二十七电阻器27另一端与第七电容器C7正极及第五输入脚[8]相连接，第二十八电阻器28另一端和第七电容器C7负极共同接地。

第二十七电阻器R27和第七电容器C7构成滤波电路。

参见图8，在电动车三档分流控制器的单片机芯片1内的设定档位寄存器中执行电流设定档位子程序，在图8的电动车电流设定档位子程序执行流程图中，“CURRENT-SET-LEVEL”为电流设定档位数，在电动车手把上的三档切换按钮K向单片机芯片1的第六输入脚[23]分别输入第1档、第2档和第3档模拟信号时，在单片机芯片1的设定档定寄存器[LEVEL]内对应的二进制存储数据为[0]、[1]和[2]，即经过模/数变换器将手把上的三档切换按钮K输入的模拟信号变换成8位二进制代码。

1、在设定档位寄存器内的电流设定档位数为[0]时，则按电流设定档位子程序执行流程图图8所示，[0]-2>=0→N[0]-1>=0→N，设定为一档，电流设置为30±1安培。

2、在设定档位寄存器内的电流设定档位数为[1]时，则[1]-2>=0→N[1]-1>=0→Y，设定为二档，电流设置为20±1安培。

3、在设定档位寄存器内的电流设定档位数为[2]时，则[2]-2>=0→Y，设定为三档，电流设置为25±1安培。

根据设定档位寄存器值，选取电流设定值，通过在控制器的单片机芯片1内电流设定档位子程序实现电动车三档电流分流。

图8中“RET”为返回主程序。

参见图9，在电动车手把速度调节档子程序执行流程图9中，将由电动车手把上的调速把信号线输入到单片机芯片1第五输入脚[8]内的模拟速度信号值，通过模/数变换器变换成8位二进制数字代码A值，A值由0到255，在速度寄存器内执行速度调节档子程序(SPEED-SET-LEVEL)，首先，读取手把模数值(AD值)至A，对应于手把转动量的脉冲宽度调节后的脉冲占空比为A/256。

在单片机芯片1内按以下判断手把所在档位，根据档位寄存器中的档位值LEVEL(0、1、2)：

1、若[LEVEL]-2>=0成立(Y)时，则手把处于第3档，再执行增速110％额定速度(增速设置)子程序，这时为增速(高速)状态。

2、若[LEVEL]-1>=0成立(Y)时，则手把处于第2档，将手把转动后对应的占空比设定值A/256再乘0.85，即A/256×0.85，此时，处于限速状态，为经济档，此档电动车的续行里程长。

3、若[LEVEL]-1>=0不成立(N)时，即[0]-1<0时，手把处于第1档，手把转动后对应的占空比设定值×1，此时，处于额定转速状态(全速状态)。

总之，根据电动车手把转动后输入值，变换为单片机芯片1内二进制数据A，调整后控制脉冲占空比输出，就在电动车的直流无刷电机内输入三档分流电流，实现三档速度行驶。

参见图10，在电动车三档分流控制器闭环电流控制调节判断框图10中，根据电流控制调节(CURRENT-CONTROL-TUNING)子程序，首先，读取电流平均值值，即脉冲占空比×峰值电流，根据由电动车控制器印制电路板上采样电流端采样到的实时电流值(电流实际值)与电流设定值(即30±1安、20±1安和25±1安)进行比较判断：1、若电流实际值小于电流设定值，且电流相差值超过3安培时，则过512μs(微秒)，增加占空比1/256；若电流相差值不超过3安培，但超过1安培时，则过1ms(毫秒)，增加占空比1/256；若电流相差值不超过1安培时，则过2ms(毫秒)，增加占空比1/256，上述闭环电流控制调节判断子程序执行完毕后，返回主程序。

2、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值超过1.5安培时，则过512μs(微秒)，减小占空比1/256，执行后返回主程序。

3、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值不超1.5安培时，但超过1安培时，则过1ms(即两个512μs)，减小占空比1/256，执行后返回主程序。

4、若电流实际值大于或等于电流设定值，且电流相差值不超1安培时，则过2ms，减小占空比1/256，执行后返回主程序。

Claims (9)

1.电动车三档分流控制器，它包括单片机芯片(1)、三路MOS场效应晶体管驱动电路(2)、电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)和发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)，其中，单片机芯片(1)第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]分别连接到直流无刷电机的三个霍尔传感器信号线端子(HU、HV和HW)，其特征在于，所述控制器还包括直流无刷电机转子位置信号检测电路(3)、电流采样信号放大电路(5)、单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别与手把上各对应发光二极管转速指示灯(LED1、LED2和LED3)连接电路(6)和线性霍尔传感器调速把信号线输出电路(7)，其中，单片机芯片(1)第四输出脚[26]、第五输出脚[2]连接到第一路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第六输出脚[17]、第七输出脚[11]连接到第二路MOS场效应管驱动电路两输入端，单片机芯片(1)第八输出脚[15]、第九输出脚[13]连接到第三路MOS场效应管驱动电路两输入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路结构相同，每路均由六只小信号开关管、两只单向导通二极管、四只MOS场效应管和一些电阻器、一只电容器组成，所述第一路、第二路和第三路MOS场效应管驱动电路共用两个采样电流电阻器，每路均有一个输出电流的电机相线端；电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)的三档切换按钮(K)两端分别与单片机芯片(1)第十输出脚[23]和地端相连接；采样电流端的采样电流被第一运算放大器(U1)放大后送到单片机芯片的第四输入脚[4]；单片机芯片(1)第一输出脚[16]、第二输出脚[10]和第三输出脚[19]分别经电阻器(R24、R25和R26)连接到发光二极管(LED1、LED2和LED3)；调速把信号线输出电路(7)的调速把信号连接到单片机芯片(1)第五输入脚[8]；在单片机芯片(1)的设定档位寄存器内共设定有第一档、第二档和第三档电流档；单片机芯片(1)第五输入脚[8]将信号通过模数变换器转换成模数值，并将模数值A(0-255)发送至速度寄存器内，将手把输入速度值进行调整后，控制脉冲占空比输出值，实现三档速度调节；在单片机芯片(1)内根据电流实际值与电流设定值相比较，通过调节信号占空比脉冲，构成电动车三档分流控制器内的闭环电流调节。

2.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，单片机芯片(1)共有28个管脚，其中第一管脚[28]与电源+5伏相连接，第二管脚[14]接地；第四输出脚[26]和第五输出脚[2]、第六输出脚[17]和第七输出脚[11]以及第八输出脚[15]和第九输出脚[13]分别对第一路、第二路以及第三路MOS场效应管驱动电路的小信号开关管提供0伏导通信号或+5伏截止信号；第一路两上管、两下管的漏极、门极和源极分别并联连接，第二路两上管、两下管的漏极、门极和源极分别并联连接，第三路两上管(V1、V2)的漏极、门极和源极分别并联连接，第三路两下管(V3、V4)的漏极、门极和源极分别并联连接。

3.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，第三路MOS场效应管驱动电路(2)中的单片机芯片(1)的第八输出脚[15]经第四电阻器(R4)与小信号的第二开关管(Q2)发射极相连接，+5伏电源经第二电阻器(R2)与第二开关管(Q2)基极相连接，第二开关管(Q2)集电极通过第一结点(B)分别与第一开关管(Q1)基极、第一电阻器(R1)一端相连接，第一电阻器(R1)另一端通过第二结点(A)分别与第一二极管(D1)负极、第一电容器(C1)正极以及第一开关管(Q1)发射极相连接，第一二极管(D1)正极与电源+15伏相连接，第一开关管(Q1)集电极通过第三结点(C)分别与第二二极管(D2)正极、第三开关管(Q3)基极以及第五电阻器(R5)一端相连接，第一电容器(C1)负极通过第四结点(F)分别与第五电阻器(R5)另一端、第三开关管(Q3)集电极、第一场效应晶体管(V1)源极、第二场效应晶体管(V2)源极以及电机相线端相连接；第二二极管(D2)负极与第三电阻器(R3)一端相连接，第三电阻器(R3)另一端通过第五结点(E)分别与第三开关管(Q3)发射极、第一场效应晶体管(V1)门极、第二场效应晶体管(V2)门极相连接，第一场效应晶体管(V1)漏极和第二场效应晶体管(V2)漏极并联到+48伏电源；单片机芯片(1)第九输出脚[13]经第八电阻器(R8)与第五开关管(Q5)发射极相连接，单片机芯片(1)的第九输出脚[13]又经第九电阻器(R9)与第六开关管(Q6)基极相连接，第五开关管(Q5)基极连接+5伏电源，第五开关管(Q5)集电极通过第六结点(G)与第四开关管(Q4)基极相连接，并与第六电阻器(R6)一端相连接，第六电阻器(R6)另一端与第四开关管(Q4)发射极及+15伏电源相连接，第四开关管(Q4)集电极与第七电阻器(R7)一端相连接，第七电阻器(R7)另一端通过第七结点(I)分别与第六开关管(Q6)集电极、第三场效应晶体管(V3)门极和第四场效应晶体管(V4)门极相连接；第六开关管(Q6)发射极接地；第三场效应晶体管(V3)漏极和第四场效应晶体管(V4)漏极并联后经第四结点(F)与电机相线端相连接，第三场效应晶体管(V3)源极和第四场效应晶体管(V4)源极并联后连接到采样电流端和第十电阻器(R10)、第十一电阻器(R11)并联端，第十电阻器(R10)和第十一电阻器(R11)另一端并联后接地。

4.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，在直流无刷电机转子位置信号检测电路(3)中，三个霍尔传感器的电源线正极(H+)连接+5伏电源，电源线负极(H-)连接地端；三个霍尔传感器的信号线端子(HU、HV和HW)分别通过第十五电阻器(R15)、第十六电阻器(R16)和第十七电阻器(R17)与单片机芯片(1)第一输入脚[5]、第二输入脚[6]和第三输入脚[7]相连接。

5.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，在电动车手把三档切换按钮信号检测电路(4)中，电动车手把上的三档切换按钮(K)一端与第十九电阻器(R19)一端、第十八电阻器(R18)一端相连接，第十八电阻器(R18)另一端连接+5伏电源，第十九电阻器(R19)另一端与第五电容器(C5)正极、单片机芯片(1)的第六输入脚[23]相连接；三档切换按钮(K)另一端和第五电容器(C5)负极共同接地；第十八电阻器(R18)为上拉电阻器；第十九电阻器(R19)和第五电容器(C5)共同组成滤波电路。

6.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，在电流采样信号放大电路(5)中，采样电流端与第一分压电阻器(R22)一端相连接，第一分压电阻器(R22)另一端与第二分压电阻器(R21)一端、第一滤波电容器(C6)一端相连接后，再连接到第一运算放大器(U1)的正极输入端，第二分压电阻器(R21)另一端接+5伏电源，第一滤波电容器(C6)另一端与第二十三电阻器(R23)一端相连后共同接地，第二十三电阻器(R23)另一端与第二十电阻器(R20)一端相连接后，再连接到第一运算放大器(U1)的负极输入端，第二十电阻器(R20)另一端与第一运算放大器(U1)输出端及单片机芯片(1)的输入脚(4)相连接，第一运算放大器(U1)集成电路块需连接+5伏电源和接地；第一运算放大器(U1)的电流放大倍数等于第二十电阻器(R20)与第二十三电阻器(R23)的两电阻值之比。

7.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，单片机芯片(1)的第一输出脚[16]经第二十四电阻器(R24)与第一发光二极管(LED1)正极相连接，第二输出脚[10]经第二十五电阻器(R25)与第二发光二极管(LED2)正极相连接，第三输出脚[19]经第二十六电阻器(R26)与第三发光二极管(LED3)正极相连接，所述的三个发光二极管负极共同连接到接地端。

8.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，在线型霍尔传感器调速把信号输出电路(7)中，“调速把信号”端与第二十七电阻器(R27)一端、第二十八电阻器(R28)一端相连接，第二十七电阻器(R27)另一端与第七电容器(C7)正极及第五输入脚[8]相连接，第二十八电阻器(R28)另一端与第七电容器(C7)负极共同接地；第二十七电阻器(R27)和第七电容器(C7)构成滤波电路。

9.根据权利要求1所述的电动车三档分流控制器，其特征在于，在单片机芯片(1)内的设定档位寄存器内，设定为一档时，电流设置为30±1安培，设定为二档时，电流设置为20±1安培，设定为三档时，电流设置为25±1安培，通过在控制器的单片机芯片(1)内的电流设定档位子程序实现电动车三档电流分流。

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