CN210983066U - 控制器电路板 - Google Patents

Abstract

一种控制器电路板，包括基板、设置在所述基板上的电机驱动模块和姿态传感器芯片，以及设置在所述基板侧边的第一接口和第二接口，所述第一接口用于电气连接速度传感器和电动自行的MCU，所述第二接口用于电气连接无线通讯模块，所述姿态传感器的两个信号引脚连接所述MCU的IIC接口，所述电机驱动模块包括形成于所述基板上的三个驱动电路，三个所述驱动电路的输出端口分别连接所述电动自行车的电机的三相，以控制所述电机工作。本实用新型完善了电动自行车的控制系统，减少了电动自行车中冗杂的接线，提高安全系数，增强了用户体验。

Description

控制器电路板

技术领域

本实用新型涉及电路板设计技术领域，特别是涉及一种控制器电路板。

背景技术

电动自行车慢慢的进入人们的生活，也越来越受到人们的关注和青睐。电动自行车为人们带来很很多的便利，同时随着电动自行车的使用，人们对电动自行车功能、速度、舒适度等方面的要求不断地提高。

现有的电动自行车一般安装有控制器，以用于控制车速的调节、断电、车辆开启和锁车等。然而，现有技术中电动自行车均从控制器引出各种冗杂的线来安装在助力车身各个部位，以实现对车辆的控制。例如，从控制器中引出刹车断电线，以控制骑行刹车时使电机停住助力；从控制器中引出外置接线来安装测速模块；从控制器中引出踏频传感器的接线，以根据踏频的快慢调节助力的大小，或者从控制器中引出力矩传感器的接线，以根据踩踏力矩的大小给出相应的助力大小。该种方式导致电动自行车的整个控制系统不完善，冗杂线较多，骑行体验差，安全系数较低。

实用新型内容

鉴于上述状况，有必要提供针对现有技术中电动自行车的控制器系统冗杂、不完善的问题，提供一种控制器电路板。

一种控制器电路板，括基板、设置在所述基板上的电机驱动模块和姿态传感器芯片，以及设置在所述基板侧边的第一接口和第二接口，所述第一接口用于电气连接速度传感器和电动自行的MCU，所述第二接口用于电气连接无线通讯模块，所述姿态传感器的两个信号引脚连接所述MCU的IIC接口，所述电机驱动模块包括形成于所述基板上的三个驱动电路，三个所述驱动电路的信号输出端口分别连接所述电动自行车的电机的三相，以控制所述电机工作。

进一步的，上述控制器电路板，其中，每个所述驱动电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、信号输出端、连接在第一信号输入端和连接在信号输出端之间的上桥臂驱动电路，以及连接在所述第二信号输入端和所述信号输出端之间的下桥臂驱动电路，三个所述驱动电路的所述信号输出端分别用于连接电机的三相，所述上桥臂驱动电路包括串联连接的第一开关电路和第一MOS管，所述第一开关电路用于根据所述第一信号输入端接收的电平信号控制所述第一 MOS管充电或放电，以使所述第一MOS管通或断开，所述第二开关电路用于根据所述第二信号输入端接收的电平信号控制所述第二MOS管充电或放电，以使所述第二MOS管导通或断开。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述第一开关电路包括串联的第一三极管、第二三极管和第三三极管，所述第一三极管的基极连接信号输入端，集电极连接工作电源，发射极接地，所述第二三极管的基极连接所述第一三极管的集电极，集电极连接所述第三三极管的基极，发射极连接所述工作电源，所述第三三极管的集电极连接所述信号输出端，所述第三三极管的发射极连接所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极连接所述信号输出端，漏极接地。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述上桥臂驱动电路还包括升压电路，所述升压电路包括连接在所述工作电源和所述信号输出端之间的电容，以及串联连接在所述第二三极管和所述第一MOS管之间的第一电阻和第一二极管，所述第一电阻连接所述第二三极管的集电极，所述二极管连接所述第一MOS 管的栅极。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述第二开关电路包括第四三极管、第五三极管和第六三极管，所述第五三极管的基极连接所述第二信号输入端，集电极连接连接所述工作电源，发射极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接所述工作电源，集电极连接第二电阻的一端，发射极连接所述工作电源，所述第二电阻的另一端连接所述第六三极管的集电极和所述第二MOS管的栅极，所述第六三极管的发射极接地，所述第二MOS管的源极接地，漏极连接所述信号输出端。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述第一MOS管和所述第二MOS 管采用N型MOS管，且所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极和源极之间均设置有一体二极管。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述第一三极管和所述第三三极管均采用NPN型三极管，所述第二三极管采用PNP型三极管。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述上桥臂驱动电路还包括串联连接在所述第一三极管和所述工作电源之间的第二二极管和第三电阻，所述该第二二极管的正极连接所述工作电源，负极连接所述第二三极管的发射极。

进一步的，上述控制器电路板，其中，所述无线通讯模块包括电性连接的蓝牙模块和GPS定位模块，所述蓝牙模块的两个信号引脚连接所述MCU。

本实用新型中，在主控制板上直接集成了姿态传感器芯片和电机驱动模块以及设置了速度传感器和无线通讯模块的接口。通过姿态传感器感应到骑行时有向后的加速度，并将加速度信号传输到MCU中，MCU根据该信号控制电机关闭，实现刹车断电，无需设置接线来连接其他设置，而且该速度传感器将数字电压信号通过该第一接口发送到MCU的PC口，从而使MCU获取到骑行的速度等数据，该设计无需通过外置接线来安装测速模块，完善了电动自行车的控制系统，减少了电动自行车中冗杂的接线，提高安全系数，增强了用户体验。并且，设备通过设置无线通讯模块以与用户手机进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的控制电路板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的驱动电路的结构示意图。

主要元件符号说明

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本实用新型实施例中的控制器电路板，其应用于电动自行车中，该控制器电路板包括基板10、设置在基板10上的电机驱动模块20和姿态传感器芯片30，以及设置在该基板10侧边的第一接口40和第二接口50。

该姿态传感器30可采用型号为MPU6050的传感器芯片，其两个信号引脚，如SCL和SDA引脚分别连接电动自行车MCU的IIC接口上，通过姿态传感器30感应到骑行时有向后的加速度(即刹车)，并将加速度信号通过IIC接口传输到MCU中，MCU根据该信号控制电机关闭，实现刹车断电，无需设置接线来连接其他设备。除此外，姿态传感器30智能感应上下坡，来实现不同骑行路况下，控制助力大小的输出。

电动自行车的电机内部内置了速度传感器，该第一接口40用于电气连接速度传感器和MCU。该速度传感器例如可采用型号为AH3144L的速度传感器，其由电压调整器、霍尔电压发生器，差分放大器、史密特触发器和集电极开路输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是数字电压讯号。该速度传感器将数字电压信号通过该第一接口发送到MCU的PC口，从而使MCU 获取到骑行的速度等数据，该设计无需通过外置接线来安装测速模块，减少冗杂接线。

该第二接口50用于电气连接无线通讯模块。该无线通讯模块包括电性连接的蓝牙模块和GPS定位模块。该无线通讯模块以蓝牙通讯方式与用户手机的手机建立连接。该无线通讯模块的TX、RX信号引脚连接电动自行车的MCU的 TX和RX引脚。该GPS模块例如可采用MC20芯片，其集成了多星座卫星系统 (如北斗、GPS和QZSS)，因此能提供无线移动通信以及精准的导航定位功能。

手机APP发送需要定位的命发送至GPS定位模块，GPS定位模块将该命令传输到MCU，MCU将下达定位命令给GPS定位模块进行定位，GPS定位模块进行定位后，再将定位信息传送到MCU，最后MCU将定位信息发送到手机APP，以实现电动自行车的定位功能。该过程中，手机APP通过蓝牙模块与定位模块以及MCU进行信息交换。

该电机驱动模块20用于控制电机工作，其包括形成于该基板上的三个驱动电路。如图2所示，每个驱动电路包括第一信号输入端A1、第二信号输入端 A2、信号输出端A3、连接在第一信号输入端A1和连接在信号输出端A3之间的上桥臂驱动电路，以及连接在第二信号输入端A2和信号输出端A3之间的下桥臂驱动电路。第一信号输入端A1和第二信号输入端A2分别用于用于接收MCU的电平信号，三个驱动电路的信号输出端分别用于连接电机60的三相。该上桥臂驱动电路包括串联连接的第一开关电路和第一MOS管U1A。该第一开关电路用于根据第一信号输入端A1接收的电平信号控制第一MOS管U1A充电或放电，以使第一MOS管U1A导通或断开。该下桥臂驱动电路包括串联的第二开关电路和第二MOS管U2A，该第二开关电路用于根据第二信号输入端接收的控制信号控制第二MOS管充电或放电，以使第二MOS管U2A导通或断开。

其中，第一MOS管U1A和第二MOS管U2A采用N型MOS管，且第一 MOS管U1A和第二MOS管U2A的漏极和源极之间均设置有一体二极管。

具体的，该第一开关电路包括串联的第一三极管Q1A、第二三极管Q2A和第三三极管Q3A。其中，第一三极管Q1A和第三三极管Q3A均采用NPN型三极管，第二三极管Q2A采用PNP型三极管。第一三极管Q1A的基极连接信号输入端，集电极连接12V的工作电源，发射极接地。第二三极管Q2A的基极连接第一三极管Q1A的集电极，第二三极管Q2A的集电极连接第三三极管Q2A 的基极，发射极连接12V的工作电源。第三三极管Q3A的集电极连接信号输出端A3，第三三极管Q3A的发射极连接第一MOS管Q1A的栅极。该第一MOS 管Q1A的源极连接信号输出端，漏极接地。

该上桥臂驱动电路还包括升压电路。该升压电路包括连接12V的工作电源和信号输出端A3之间的电容C3A，以及串联连接在第二三极管Q2A和第一 MOS管U1A之间的第一电阻R5A和第一二极管D2A。第一电阻R5A连接第二三极管Q2A的集电极，第一二极管D2A连接第一MOS管U1A的栅极。

该上桥臂驱动电路还包括串联连接在第一三极管Q1A和12V工作电源之间的第二二极管D1A和第三电阻R4A，该第二二极管Q2A的正极连接该工作电源，负极连接第二三极管Q2A的发射极。

在电机不工作的情况下，第一MOS管U1A和第二MOS管U2A处在关闭的状态，此时第二二极管D1A通过第三电阻R4A进行充电。当上桥臂驱动电路接入的控制信号为高电平时，第一三极管Q1A，第二三极管Q2A导通，第三三极管Q3A关闭。电容C3A上的电压经过第二三极管Q2A，第一电阻R5A和第一二极管D2A加到第一MOS管U1A的栅极，使得第一MOS管U1A导通。而此时的电容C3A充满电，电压仍是14V，所以可以维持第一MOS管U1A的导通，并使其栅极的电压始终保持高于电源电压。

当上桥臂驱动电路接收的控制信号为低电平时，使得第一三极管Q1A、第二三极管Q2A关闭，第三三极管Q3A关闭。为第一MOS管U1A的栅极提供放电回路，使得U1A迅速关闭。

当U1A关闭时，由于第二MOS管U2A及其体二极管续流或者负载的作用，使得电机电压下降接近0，从而使电容C3A为下一次导通做好了准备。

该第二开关电路包括第四三极管Q4A、第五三极管Q5A和第六三极管Q6A。其中，第四三极管Q4A和第六三极管Q6A均采用NPN型三极管，第五三极管 Q5A采用PNP型三极管。第五三极管Q5A的基极连接第二信号输入端A2，集电极连接连接12V的工作电源，发射极连接第四三极管Q4A的基极。第四三极管Q4A的发射极连接该工作电源，集电极连接第二电阻R11A的一端，发射极连接1该工作电源。第二电阻R11A的另一端连接第六三极管的集电极和第二 MOS管的栅极。第六三极管的发射极接地，第二MOS管的源极接地，漏极连接信号输出端A3。

当下桥臂驱动电路接入的控制信号为低电平时，第四三极管Q4A、第五三极管Q5A导通，第六三极管Q6A关闭。驱动电路通过第四三极管Q4A、第二电阻R11A为第二MOS管栅极充电，使其V(gs)迅速上升到10～15V，以使第二MOS管U2A迅速开通。

当下桥臂驱动电路接入的控制信号为高电平时，第四三极管Q4A、第五三极管Q5A关闭，第六三极管Q6A导通，为第二MOS管的栅极提供放电回路，使其V(gs)迅速下降到0.7V，以使第二MOS管U2A迅速关闭。

本实施例中，在主控制板上直接集成了姿态传感器芯片和电机驱动模块以及设置了速度传感器和无线通讯模块的接口。通过姿态传感器感应到骑行时有向后的加速度，并将加速度信号传输到MCU中，MCU根据该信号控制电机关闭，实现刹车断电，无需设置接线来连接其他设置，而且该速度传感器将数字电压信号通过该第一接口发送到MCU的PC口，从而使MCU获取到骑行的速度等数据，该设计无需通过外置接线来安装测速模块，完善了电动自行车的控制系统，减少了电动自行车中冗杂的接线，提高安全系数，增强了用户体验。并且，设备通过设置无线通讯模块以与用户手机进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种控制器电路板，其特征在于，包括基板、设置在所述基板上的电机驱动模块和姿态传感器芯片，以及设置在所述基板侧边的第一接口和第二接口，所述第一接口用于电气连接速度传感器和电动自行的MCU，所述第二接口用于电气连接无线通讯模块，所述姿态传感器的两个信号引脚连接所述MCU的IIC接口，所述电机驱动模块包括形成于所述基板上的三个驱动电路，三个所述驱动电路的输出端口分别连接所述电动自行车的电机的三相，以控制所述电机工作。

2.如权利要求1所述的控制器电路板，其特征在于，每个所述驱动电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、信号输出端、连接在所述第一信号输入端和连接在所述信号输出端之间的上桥臂驱动电路，以及连接在所述第二信号输入端和所述信号输出端之间的下桥臂驱动电路，三个所述驱动电路的所述信号输出端分别用于连接电机的三相，所述上桥臂驱动电路包括串联连接的第一开关电路和第一MOS管，所述第一开关电路用于根据所述第一信号输入端接收的电平信号控制所述第一MOS管充电或放电，以使所述第一MOS管通或断开，所述下桥臂驱动电路包括串联的第二开关电路和第二MOS管，所述第二开关电路用于根据所述第二信号输入端接收的电平信号控制所述第二MOS管充电或放电，以使所述第二MOS管导通或断开。

3.如权利要求2所述的控制器电路板，其特征在于，所述第一开关电路包括串联的第一三极管、第二三极管和第三三极管，所述第一三极管的基极连接信号输入端，集电极连接工作电源，发射极接地，所述第二三极管的基极连接所述第一三极管的集电极，集电极连接所述第三三极管的基极，发射极连接所述工作电源，所述第三三极管的集电极连接所述信号输出端，所述第三三极管的发射极连接所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极连接所述信号输出端，漏极接地。

4.如权利要求3所述的控制器电路板，其特征在于，所述上桥臂驱动电路还包括升压电路，所述升压电路包括连接在所述工作电源和所述信号输出端之间的电容，以及串联连接在所述第二三极管和所述第一MOS管之间的第一电阻和第一二极管，所述第一电阻连接所述第二三极管的集电极，所述二极管连接所述第一MOS管的栅极。

5.如权利要求2所述的控制器电路板，其特征在于，所述第二开关电路包括第四三极管、第五三极管和第六三极管，所述第五三极管的基极连接所述第二信号输入端，集电极连接所述工作电源，发射极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的发射极连接所述工作电源，集电极连接第二电阻的一端，发射极连接所述工作电源，所述第二电阻的另一端连接所述第六三极管的集电极和所述第二MOS管的栅极，所述第六三极管的发射极接地，所述第二MOS管的源极接地，漏极连接所述信号输出端。

6.如权利要求2所述的控制器电路板，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管采用N型MOS管，且所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极和源极之间均设置有一体二极管。

7.如权利要求3所述的控制器电路板，其特征在于，所述第一三极管和所述第三三极管均采用NPN型三极管，所述第二三极管采用PNP型三极管。

8.如权利要求3所述的控制器电路板，其特征在于，所述上桥臂驱动电路还包括串联连接在所述第一三极管和所述工作电源之间的第二二极管和第三电阻，所述第二二极管的正极连接所述工作电源，负极连接所述第二三极管的发射极。

9.如权利要求1所述的控制器电路板，其特征在于，所述无线通讯模块包括电性连接的蓝牙模块和GPS定位模块，所述蓝牙模块的两个信号引脚连接所述MCU。

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