CN201198281Y - 电动车控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车控制器，包括：电源接口、控制电路和电机信号接口，控制电路包括电源电压检测模块、充电状态检测模块、运行开关、开关状态检测模块、功率管常开检测模块、一个继电器，限流检测模块、PWM控制模块、功率管驱动模块、一个功率管；电源和电机之间依次连接电源电压检测模块、PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管。本实用新型通过PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管的共同工作，能够将电源调制成电流脉冲，由于设置功率管常开检测模块、开关状态检测模块对电机失控进行自动检测与保护，避免了因电路故障产生的失控现象，从而实现对电机的更有效控制，同时很好地保护了电机。

Description

电动车控制器

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

随着社会经济的飞速发展，人们对电动车的功能要求也越来越高，满足了人们代步的欲望。现有技术中的有刷电机控制器，当控制电路发生各种故障时，例如以下情况：PWM调制芯片损坏、功率管常开及其他电路故障造成导致电机持续失控，此时控制器对刹车信号及PWM控制信号不予响应，电源电压直接施加于电机的两端，使电机高速运转，如果没有关断电机电源或停止PWM输出的保护功能，必然会发生意外，对生产生活或人身安全造成威胁。现有技术中的有刷电机控制器，控制电路仍存在以下问题，因此不能对电机实现良好的控制：

1.当电源电压过低时，控制器仍然继续输出，这样会使部分直流电源(如铅蓄电池、锂电池等)因过度放电而造成损害；

2.当功率管中流过的电流随负载增加而增加直到超出功率管所能承受的最大电流时，由于控制器没有保护电路导致功率管损坏；

3.当继电器粘连、PWM调制芯片损坏、功率管驱动电路损坏、功率管被击穿等情况下，电源电压直接施加于电机两端，控制器对刹车信号及开关信号不予响应，造成电机失控时，没有关断电机电源或停止PWM输出的保护功能；

4.当由于人为原因、机械故障、电路故障等，形成开关不能复位的情况，造成电机失控时，没有关断电机电源或停止PWM输出的保护功能；

5.当通过控制器给电源充电时，启动运行开关，控制器仍然继续输出，没有关断电机电源或停止PWM输出的保护功能。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种具有防止电机失控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是采取以下方案来实现的：

本实用新型包括：电源接口、控制电路和电机信号接口，所述控制电路包括一个用于检测电源电压是否达到放电下限的电源电压检测模块、一个用于在运行之前检测电池是否正在充电的充电状态检测模块、一个用于提供PWM输出控制信号的运行开关、一个用于检测开关是否在上电之前复位的开关状态检测模块、一个用于检测功率管是否常开的功率管常开检测模块、一个用于接收功率管常开的信号和开关状态信号并决定控制器输出与否的继电器，一个用于检测流经电机和电源电流的限流检测模块、一个用于调节电机电压的PWM控制模块、一个功率管驱动模块、一个功率管。所述电源和所述电机之间依次连接电源电压检测模块、PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管，所述限流检测模块连接在PWM控制模块和电机之间，所述运行开关连接在PWM控制模块和继电器之间，所述功率管常开检测模块连接在继电器和功率管之间，所述开关状态检测模块连接在继电器和运行开关之间，所述充电状态检测模块与PWM控制模块连接。

所述PWM控制模块由芯片IC及其外围电路构成，所述芯片IC的13脚接地，选择了芯片内部的两个三极管并联的工作方式，两个三极管的发射极芯片IC的9脚和10脚相连后接地，两个三极管的集电极IC的8脚和11脚相连后通过一个电阻接入所述功率管驱动模块。

所述电源电压检测模块由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器及电阻R15、R11、R9、R10组成，所述电阻R15的一端接所述芯片IC输出的+5V，另一端接芯片IC的16脚及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，电阻R9的一端接VCC，另一端接芯片IC的15脚及电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，比较器的输出端接所述芯片IC的第3脚，其中电阻R15和电阻R11分压为比较器提供参考电压，电阻R9和电阻R10分压作为欠压采样信号。

所述充电状态检测模块由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器和电阻R13、R11组成，电阻R13的一端接充电信号输入端，另一端接芯片IC的16脚和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，比较器的输出端接芯片IC的第3脚。

所述运行开关由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器和开关J4、电阻R9、R10、R4、R5、电解电容C16组成，开关J4的一端接开关信号输入端和电阻R9的一端，开关J4的另一端接电源VCC，电阻R9的另一端接芯片IC的15脚，电解电容C16的正极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，电解电容C16的负极接芯片IC的第4脚及电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R4的一端连接在芯片IC的16脚及芯片IC的15脚之间作为反馈电阻，比较器的输出端接芯片IC的第3脚。

所述限流检测模块由芯片IC的1脚、2脚构成的比较器和康铜丝RS、电阻R16、R3、R1、R2组成，所述康铜丝RS一端接地，另一端接电机负极(M—)及电阻R1，电阻R1的另一端接芯片IC的1脚，电阻R15的一端接芯片IC的14脚，另一端接芯片IC的2脚及电阻R3，电阻R2连接在芯片IC的2脚及芯片IC的1脚之间作为反馈电阻。

所述开关状态检测模块由一个比较器U2B和一个二极管D5、五个电阻R20、R18、R9、R10、R21组成，所述二极管D5的负极接芯片IC的14脚，正极接电阻R20的一端，另一端接电阻R18的一端及比较器U2B的5脚，电阻R9的一端接开关信号的输入端，另一端接芯片IC的15脚、电阻R10的一端、电阻R21的一端，电阻R21的另一端接比较器U2B的6脚，比较器U2B的7脚接三极管T5的基极。

所述功率管常开检测模块由比较器U2A和二极管D10、电阻R26、R27、R25、R24组成，二极管D10的负极接继电器不与电源相连的一端，正极接电阻R26，另一端接电阻R27及比较器U2A的3脚，电阻R25的一端接所述功率管VF2的源极，另一端接比较器U2A的2脚及电阻R24的一端，比较器U2A的1脚接三极管T5的基极。

所述功率管可为N沟道增强型MOSFET；所述电源可为任意24V或36V直流电源。

本实用新型通过PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管的共同工作，能够将直流电源调制成脉冲信号，并通过开关控制脉冲信号的输出与否来控制电机的转动，由于设置有功率管常开检测电路、开关状态检测电路，对电机失控现象进行自动检测与保护，避免了因继电器粘连、PWM调制芯片损坏、功率管驱动电路损坏、功率管被击穿等故障产生的失控现象，从而实现对电机的更有效的控制。此外，还设置有电源电压检测模块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从而避免电源过放电。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下几个方面：

1.由于本实用新型设置了电源电压检测模块，从而避免了因蓄电池过放电而造成的伤害；

2.本实用新型中，由于设置有功率管常开检测电路、开关状态检测电路，对电机失控现象进行自动检测与保护，避免了因继电器粘连、PWM调制芯片损坏、功率管驱动电路损坏、功率管被击穿等故障产生的失控现象，从而实现对电机的更有效的控制。

3.可以对电气故障进行自我诊断，这样就很好地解决了目前排除故障速度慢的问题。

4.故障率低，且调试修改相对来说比较容易。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型电路原理图；

具体实施方式

以下结合附图中所给出的具体电路来对技术方案进行详述。

参见图1所示

本实用新型包括：电源接口、控制电路和电机信号接口，所述控制电路包括一个用于检测电源电压是否达到放电下限的电源电压检测模块、一个用于在运行之前检测电池是否正在充电的充电状态检测模块、一个用于提供PWM输出控制信号的运行开关、一个用于检测开关是否在上电之前复位的开关状态检测模块、一个用于检测功率管是否常开的功率管常开检测模块、一个用于接收功率管常开的信号和开关状态信号并决定控制器输出与否的继电器，一个用于检测流经电机和电源电流的限流检测模块、一个用于调节电机电压的PWM控制模块、一个功率管驱动模块、一个功率管。所述电源和所述电机之间依次连接电源电压检测模块、PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管，所述限流检测模块连接在PWM控制模块和电机之间，所述运行开关连接在PWM控制模块和继电器之间，所述功率管常开检测模块连接在继电器和功率管之间，所述开关状态检测模块连接在继电器和运行开关之间，所述充电状态检测模块与PWM控制模块连接。

本实施例中的电源为任意24V或36V直流电源，所述功率管为N沟道增强型MOSFET。

本实用新型中，通过电源渐变电压来控制脉冲IC第三脚的输出，从而控制了电源电压变逐渐低时控制器PWM输出逐渐变小，避免了部分直流电源(如铅蓄电池、锂电池等)因过度放电而造成的损害。检测与限制的是流过功率管的电流，必须把功率管接在继电器与电机之间，并由所述功率管驱动模块来使功率管打开或关断，再利用一个比较器电路来检测功率管常开与否，用一个比较器电路来检测开关是否在上电之前复位，并通过继电器隔离电机和电源，进行失控保护。此外还在充电过程中，通过比较器来检测充电与否，进行充电保护。

参见图2所示

所述PWM控制模块由芯片IC及其外围电路构成，所述芯片IC的13脚接地，选择了芯片内部的两个三极管并联的工作方式，两个三极管的发射极芯片IC的9脚和10脚相连后接地，两个三极管的集电极IC的8脚和11脚相连后通过一个电阻接入所述功率管驱动模块。PWM控制模块通过功率管驱动模块来驱动功率管的打开与关断，从而控制了电机的转动。PWM控制模块由电源电压检测模块、充电状态检测模块、运行开关、限流检测模块四者同时控制。

所述电源电压检测模块由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器及电阻R15、R11、R9、R10组成，所述电阻R15的一端接所述芯片IC输出的+5V，另一端接芯片IC的16脚及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，电阻R9的一端接VCC，另一端接芯片IC的15脚及电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，比较器的输出端接所述芯片IC的第3脚，其中电阻R15和电阻R11分压为比较器提供参考电压，电阻R9和电阻R10分压作为欠压采样信号。当电源电压VCC达到放电下限时，采样信号大于参考电压，比较器输出为高电平，则PWM输出截止，以达到保护部分直流电源(如铅蓄电池、锂电池等)的目的。当电源电压高于放电下限电压时，此电路不起作用。

所述充电状态检测模块由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器和电阻R13、R11组成，电阻R13的一端接充电信号输入端，另一端接芯片IC的16脚和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，比较器的输出端接芯片IC的第3脚。此电路自动检测电池是否处于充电状态，当电池充电时，R15和R11的分压大于R9和R10的分压，比较器的输出为高电平，PWM输出截止，从而起到了充电保护的作用，也就是说充电过程中电机不会失控。

所述运行开关由芯片IC的15脚、16脚构成的比较器和开关J4、电阻R9、R10、R4、R5、电解电容C16组成，开关J4的一端接开关信号输入端和电阻R9的一端，开关J4的另一端接电源VCC，电阻R9的另一端接芯片IC的15脚，电解电容C16的正极接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，电解电容C16的负极接芯片IC的第4脚及电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R4的一端连接在芯片IC的16脚及芯片IC的15脚之间作为反馈电阻，比较器的输出端接芯片IC的第3脚。其中R9和R10分压作为PWM输出控制信号，当开关闭合，R9、R10的分压大于IC的16脚的基准电压，有PWM输出，另外，C16通过R5慢慢放电，使死区慢慢变小，电机缓缓起动。

所述限流检测模块由芯片IC的1脚、2脚构成的比较器和康铜丝RS、电阻R16、R3、R1、R2组成，所述康铜丝RS一端接地，另一端接电机负极(M—)及电阻R1，电阻R1的另一端接芯片IC的1脚，电阻R15的一端接芯片IC的14脚，另一端接芯片IC的2脚及电阻R3，电阻R2连接在芯片IC的2脚及芯片IC的1脚之间作为反馈电阻。其中电机在RS上产生的压降作为限流采样信号，当流过功率管的电流因电机负载增加而增加时，经IC的1脚和2脚构成的放大器的作用，IC就会自动减少PWM输出，从而将电流限制在设定值之内，这样就保护了功率管，使功率管不会因为长时间在过流状态下工作而烧毁，同时也保护了电机。

所述开关状态检测模块由一个比较器U2B和一个二极管D5、五个电阻R20、R18、R9、R10、R21组成，所述二极管D5的负极接芯片IC的14脚，正极接电阻R20的一端，另一端接电阻R18的一端及比较器U2B的5脚，电阻R9的一端接开关信号的输入端，另一端接芯片IC的15脚、电阻R10的一端、电阻R21的一端，电阻R21的另一端接比较器U2B的6脚，比较器U2B的7脚接三极管T5的基极。其中R9和R10分压为比较器提供参考电压，R18和R20分压作为开关状态采样信号，在上电的瞬间，PWM输出控制信号比基准信号更早加在LM393的6脚上，且电压值大于基准信号，此时LM393的脚较出低电平，T5不打开，继电器不吸合，电源与电机间被隔离，电机不转，这样就可以有效避免由于人为原因、机械故障、电路故障等导致开关不能复位，造成电机失控的问题。

所述功率管常开检测模块由比较器U2A和二极管D10、电阻R26、R27、R25、R24组成，二极管D10的负极接继电器不与电源相连的一端，正极接电阻R26，另一端接电阻R27及比较器U2A的3脚，电阻R25的一端接所述功率管VF2的源极，另一端接比较器U2A的2脚及电阻R24的一端，比较器U2A的1脚接三极管T5的基极。其中R26和R27分压为比较器提供参考电压，R25和R24分压作为功率管常开状态采样信号，当功率管由于IC损坏、驱动电路损坏或功率管本身击穿而常开时，使得LM393的2脚电压大于3脚，1脚输出为低，T5关断，JDQ开关打开，电源和电机被隔离，这样就避免了因功率管常开导致的电机失控。

所述继电器JDQ周围有三极管T5、电阻R22、R23、二极管D7和所述功率管VF2。继电器JDQ线圈一端接工作电源VCC，另一端接T5的集电极，T5的发射极接地，T5的基极接R23的一端，R23的另一端接R22的一端，R22的另一端接VCC，所述开关状态检测模块和功率管常开检测模块的输出信号加在T5的基极上，所述D7并联在继电器JDQ线圈的两端，继电器的常开触点的一端接功率管VF2的漏极，另一端接VCC，外部控制信号加在T5的基极通过控制T5的打开与关断来间接控制继电器的开关，以起到隔离电源和电机的作用，有效控制由于各种因素造成的电机失控。

所述功率管驱动模块可由NPN管T3、PNP管T2、T4、电阻R28、R7、R29、R30、电解电容C10和二极管D6组成，T2的发射极接T3的集电极、D6的负极、R28的一端及C10的正极，T2的基极接R28的另一端及R7的一端，R7的另一端接IC的8脚，D6的正极接VCC，T2的集电极接T3的基极、T4的基极及R29的一端，R29的另一端接VF2的源极及T4的集电极，T3的发射极接所述T4的发射极及R30的一端，R30的另一端接VF2的栅极，由于IC在输出PWM时有一个死区特性，不会出现全导通情况，利用该特性，当IC停止输出时，T2、T3都不打开，VF2也不打开，C10负极相当于接地，VCC通过D6向电容C10充电，由于D6反偏，C10正极电压将高于电源电压，当IC有输出时，T2、T3打开，高压加在VF2的栅极上，VF2导通，源极电压迅速升高，同时C10放电，当IC再次停止输出时，C4负极再次接地，C4再次进入充电过程，如此反复，可使电机持续转动。

本实用新型通过PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管的共同工作，能够将直流电源调制成脉冲信号，并通过开关控制脉冲信号的输出与否来控制电机的转动，由于设置有功率管常开检测电路、开关状态检测电路，对电机失控现象进行自动检测与保护，避免了因继电器粘连、PWM调制芯片损坏、功率管驱动电路损坏、功率管被击穿等故障产生的失控现象，从而实现对电机的更有效的控制。此外，还设置有电源电压检测模块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从而避免电源过放电。

利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述的技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动车控制器，包括电源接口、控制电路和电机信号接口，其特征在于：所述控制电路包括一个用于检测电源电压是否达到放电下限的电源电压检测模块、一个用于在运行之前检测电池是否正在充电的充电状态检测模块、一个用于提供PWM输出控制信号的运行开关、一个用于检测开关是否在上电之前复位的开关状态检测模块、一个用于检测功率管是否常开的功率管常开检测模块、一个用于接收功率管常开的信号和开关状态信号并决定控制器输出与否的继电器，一个用于检测流经电机和电源电流的限流检测模块、一个用于调节电机电压的PWM控制模块、一个功率管驱动模块、一个功率管。所述电源和所述电机之间依次连接电源电压检测模块、PWM控制模块、功率管驱动模块、功率管，所述限流检测模块连接在PWM控制模块和电机之间，所述运行开关连接在PWM控制模块和继电器之间，所述功率管常开检测模块连接在继电器和功率管之间，所述开关状态检测模块连接在继电器和运行开关之间，所述充电状态检测模块与PWM控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述PWM控制模块由芯片(IC)及其外围电路构成，所述芯片(IC)的13脚接地，选择了芯片内部的两个三极管并联的工作方式，两个三极管的发射极(芯片IC的9脚和10脚)相连后接地，两个三极管的集电极(IC的8脚和11脚)相连后通过一个电阻接入所述功率管驱动模块。

3.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述电源电压检测模块由芯片(IC)的15脚、16脚构成的比较器及电阻(R15)、(R11)、(R9)、(R10)组成，所述电阻(R15)的一端接所述芯片(IC)输出的+5V，另一接芯片(IC)的16脚及电阻(R11)的一端，电阻(R11)的另一端接地，电阻(R9)的一端接VCC，另一端接芯片(IC)的15脚及电阻(R10)的一端，电阻(R10)的另一端接地，比较器的输出端接所述芯片(IC)的第3脚，其中电阻(R15)和电阻(R11)分压为比较器提供参考电压，电阻(R9)和电阻(R10)分压作为欠压采样信号。

4.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述充电状态检测模块由芯片(IC)的15脚、16脚构成的比较器和电阻(R13)、(R11)组成，电阻(R13)的一端接充电信号输入端，另一端接芯片(IC)的16脚和电阻(R11)的一端，电阻(R11)的另一端接地，比较器的输出端接芯片(IC)的第3脚。

5.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述运行开关由芯片(IC)的15脚、16脚构成的比较器和开关(J4)、电阻(R9)、(R10)、(R4)、(R5)、电解电容(C16)组成，开关(J4)的一端接开关信号输入端和电阻(R9)的一端，开关(J4)的另一端接电源VCC，电阻(R9)的另一端接芯片(IC)的15脚，电解电容(C16)的正极接电阻(R10)的一端，电阻(R10)的另一端接地，电解电容(C16)的负极接芯片(IC)的第4脚及电阻(R5)的一端，电阻(R5)的另一端接地，电阻(R4)的一端连接在芯片(IC)的16脚及芯片(IC)的15脚之间作为反馈电阻，比较器的输出端接芯片(IC)的第3脚。

6.根据权利要求1或2所述的电动车控制器，其特征在于：所述限流检测模块由芯片(IC)的1脚、2脚构成的比较器和康铜丝(RS)、电阻(R16)、(R3)、(R1)、(R2)组成，所述康铜丝(RS)一端接地，另一端接电机负极(M—)及电阻(R1)，电阻(R1)的另一端接芯片(IC)的1脚，电阻(R15)的一端接芯片(IC)的14脚，另一端接芯片(IC)的2脚及电阻(R3)，电阻(R2)连接在芯片(IC)的2脚及芯片(IC)的1脚之间作为反馈电阻。

7.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述开关状态检测模块由一个比较器(U2B)和一个二极管(D5)、五个电阻(R20)、(R18)、(R9)、(R10)、(R21)组成，所述二极管(D5)的负极接芯片(IC)的14脚，正极接电阻(R20)的一端，另一端接电阻(R18)的一端及比较器(U2B)的5脚，电阻(R9)的一端接开关信号的输入端，另一端接芯片(IC)的15脚、电阻(R10)的一端、电阻(R21)的一端，电阻(R21)的另一端接比较器(U2B)的6脚，比较器(U2B)的7脚接三极管(T5)的基极。

8.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述功率管常开检测模块由比较器(U2A)和二极管(D10)、电阻(R26)、(R27)、(R25)、(R24)组成，二极管(D10)的负极接继电器不与电源相连的一端，正极接电阻(R26)，另一端接电阻(R27)及比较器(U2A)的3脚，电阻(R25)的一端接所述功率管(VF2)的源极，另一端接比较器(U2A)的2脚及电阻(R24)的一端，比较器(U2A)的1脚接三极管(T5)的基极。

9.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述功率管为N沟道增强型MOSFET。

10.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于：所述电源可为任意24V或36V直流电源。

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