CN101456362A

CN101456362A - 智能电动车控制器控制电路

Info

Publication number: CN101456362A
Application number: CNA2007101508622A
Authority: CN
Inventors: 孔昭松
Original assignee: SONGZHENG ELECTRONICS CO Ltd TIANJIN CITY
Current assignee: SONGZHENG ELECTRONICS CO Ltd TIANJIN CITY
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-17

Abstract

本发明公开了一种智能电动车控制器控制电路，包括：电源、微处理器、霍尔传感器电路、功率场效应管、驱动电路、工作电源电路、继电器保护电路和电流采样电路；电源、继电器保护电路、电机、场效应管和电流采样电路顺次连接，工作电源电路与电源连接，驱动电路分别与微处理器和场效应管相连，由微处理器来控制驱动功率场效应管的导通，从而控制整个回路导通，霍尔传感器电路、继电器保护电路和电流采样电路分别与微处理器相连，还包括检测各电路部分是否正常工作的故障检测电路和电源原边限流电路，故障检测电路直接与微处理器相连，电源原边限流电路分别与电源、电机、继电器保护电路直接连接。本发明性能稳定、安全性高、控制精确。

Description

智能电动车控制器控制电路

技术领域

本发明涉及一种控制电路，尤其涉及一种智能电动车控制器控制电路。

背景技术

城市生活日益加快的今天，追求效率也成为广大市民的要求，而在交通工具的选择上，电动车具有节能环保操作方便实用的特点，被广大消费者接受，但蓄电池存在每充一次电后续行里程缩短，爬坡能力差等缺陷，现有技术中的电动车控制器缺少必要检测电路和过流保护电路，因此无法实现对电动车的良好保护。其存在的缺陷如下：

1.由于没有对控制器输出电流的精确检测，无法对控制器输出电流在电机过载情况下的智能控制；

2.由于没有对霍尔传感器信号及功率管通断压降的精确联动检测，而无法实现功率管击穿及转把失效造成飞车的动态判断与保护；

3.无法实现嵌入式控制器MCU死机或异常损坏之后自动切断控制器输出的保护

4.由于没有过流保护电路，电源在处于过流或短路状态下，控制电路的延时导致过流时输出电流随输出电压的降低而不断的加大形成拖尾现象，使电路应力加大，降低了电源的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有电源原边限流电路、性能稳定、安全性高、控制精确的智能电动车控制器控制电路。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案来实现的：本发明的一种智能电动车控制器控制电路，包括：电源、微处理器、用于控制电机转速的霍尔传感器电路、功率场效应管、用于驱动所述功率场效应管工作的驱动电路、用于给所述微处理器提供稳定工作电源的工作电源电路，继电器保护电路和电流采样电路；所述电源、继电器保护电路、电机、场效应管和电流采样电路顺次连接，所述工作电源电路与电源连接，所述驱动电路分别与微处理器和所述场效应管相连，由微处理器来控制驱动功率场效应管的导通，从而控制整个回路导通，所述霍尔传感器电路、所述继电器保护电路和所述电流采样电路分别与微处理器相连，还包括检测各电路部分是否正常工作的故障检测电路和电源原边限流电路，所述故障检测电路直接与微处理器相连，所述电源原边限流电路分别与所述电源、电机、所述继电器保护电路直接连接。

其技术方案中所述故障检测电路包括一个用于检测电机是否发生短路故障的电机短路检测电路，一个用于检测所述控制器是否发生飞车现象的飞车检测电路和一个用于检测MCU发生死机或异常损坏等故障的MCU故障检测电路；所述飞车检测电路连接在所述功率场效应管和所述微处理器之间，所述电机短路检测电路连接在所述电流采样电路和所述微处理器之间，所述MCU故障检测电路连接在所述微处理器和继电器保护电路之间。

其技术方案中所述电源原边限流电路，包括比较器、变压器和PWM驱动电路，PWM驱动脉冲和基准Vref信号组合为基准电压作为比较器的一路输入，采样的原边电流信号作为比较器的另一输入，比较器的输出与PWM驱动电路的SOFT端相连，控制PWM驱动电路的驱动脉宽。所述电源原边限流电路中比较器由三极管V1、V2和V3构成，V1和V2的发射极通过电阻R4与Vref信号相连；V1和V2的基极作为比较电路的两个输入端，V1的基极分别经电阻R1与PWM驱动脉冲信号相连，经电阻R3与与Vref信号相连；原边采样电流信号输出到V2的基极，V1的集电极与V3的基极相连，V3的集电极作为比较电路的输出。

其技术方案中所述驱动电路由三个三极管、两个电阻和一个电容构成，所述继电器保护电路由一个继电器、一个续流二极管、一个三极管和一个电阻构成，所述MCU故障检测电路由一个电解电容、两个二极管、一个三极管及其***电路构成，所述电机短路检测电路由一个采样电阻、一个运算放大器及其***电路构成，所述飞车检测电路由两个分压电阻和一个二极管构成。

本发明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.本发明通过使用带有A/D转换和外中断通道的嵌入式控制器作为主控芯片，并设置有故障状况检测电路，能够实现精确检测控制器输出在电机上的电流，并在过载情况下智能控制；

2.能够实现对电池电压精确检测并在欠压过渡过程中控制器输出平稳，并能够对霍尔传感器信号及功率场效应管通断压降的精确联动检测，从而避免造成飞车现象；

3.能够实现嵌入式控制器MCU死机或异常损坏之后自动切断控制器输出进行保护；

4.通过引入PWM信号对过流比较器的基准电压进行补偿，保证输入电压变化时限流点相对恒定，过流保护时输出电压降低而电流不再拖尾，克服了传统的电源限流保护电流出现拖尾和限流点漂移过大的问题，减少了电路中功率器件的发热量，提高了开关电源的可靠性。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是本发明的电源原边限流电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图中所给出的具体电路图来叙述对本发明的技术方案进行详述。

参见图1、2、3

本发明包括电源、电源原边限流电路、继电器保护电路、电机M和功率场效应管Q8，嵌入式控制器MCU控制一个驱动电路并驱动功率场效应管Q8，一个霍尔传感电路与所述嵌入式控制器直接相连，一个电源电压检测电路和一个工作电源电路分别连接在所述电源和嵌入式控制器MCU之间，所述嵌入式控制器MCU故障检测电路连接在继电器保护电路和嵌入式控制器MCU之间，一个飞车检测电路连接在所述场效应管和嵌入式控制器MCU之间，一个电机短路检测电路连接在所述电流采样电路和嵌入式控制器MCU之间，所述嵌入式控制器MCU还通过一个三极管Q3直接控制所述继电器保护电路。

所述智能电动车控制器通过电源给电机M和各集成芯片提供工作电能，电机M的转速由连接在电源与电机M之间的场效应管Q8控制，场效应管Q8间歇性地接通与关断，电机M的转速则由场效应管Q8接通与关断的时间比来控制，接通的时间越长，电机M的转速越快，反之亦然。所述嵌入式控制器MCU将霍尔传感器提供的使用者所操纵的控制信号转换成不同宽度的脉冲，控制驱动电路来驱动场效应管的导通和关断，从而控制电机的转动速度，并通过各种采样和检测电路来实时监控整个控制器的运行，实现对整个智能电动车控制器的有效控制。

所述工作电源电路由一个稳压块U4、一个电阻R6、一个电容C8和一个电解电容C7构成，所述稳压块U4的输入由电压采样电路中的集电极引出，经过电阻R6后接入，两个电容C7、C8并联后跨接在稳压块U4的输出端与地之间，且电解电容的正极与稳压块U4输出端相连，当电路接通电源、三极管Q1导通后，稳压块U4的输出端即输出+5V工作电源。

所述驱动电路由三个三极管Q5、Q6、Q7，两个电阻R15、R17和电容C16构成，其中，Q7为PNP型三极管。电阻R16和电容C16并联后一端与嵌入式控制器MCU的脉宽输出PWM端相连，另一端与三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极接地，集电极分别与三极管Q6、Q7的基极相连，Q6、Q7两个三极管的发射极相连，并同时经过电阻R17后与场效应管的栅极相连。当嵌入式控制器的PWM端输出一定宽度的脉冲时，通过驱动电路中各三极管的逐级驱动，使场效应管间歇性导通，从而控制电机的转速。

所述继电器保护电路由一个继电器J1、一个续流二极管D9、一个三极管Q3和一个电阻R12构成，所述三极管Q3的基极经过所述电阻R12后与嵌入式控制器的数据RB3端连接，发射极与MCU故障检测电路中三极管Q4的集电极直接相连，集电极与继电器J1的线圈相连，线圈的另一端与电源正极相连，继电器J1的常开触点串接在电源和电机之间，续流二极管D9与继电器J1的线圈并联。

所述电源原边限流电路，包括比较器、变压器和PWM驱动电路，PWM驱动脉冲和基准Vref信号组合为基准电压作为比较器的一路输入，采样的原边电流信号作为比较器的另一输入，比较器的输出与PWM驱动电路的SOFT端相连，控制PWM驱动电路的驱动脉宽。所述电源原边限流电路中比较器由三极管V1、V2和V3构成，V1和V2的发射极通过电阻R4与Vref信号相连；V1和V2的基极作为比较电路的两个输入端，V1的基极分别经电阻R1与PWM驱动脉冲信号相连，经电阻R3与与Vref信号相连；原边采样电流信号输出到V2的基极，V1的集电极与V3的基极相连，V3的集电极作为比较电路的输出。

工作原理：三极管V1、V2和V3构成比较器，由电阻R1、R2、R3和电容C1引入PWM驱动脉冲和基准Vref信号组合为基准电压作为比较器的基准电压。该电压与采样的原边电流信号进行比较。当输出电流增大时，原边电流相应增大，超过基准电压后，三极管V3导通，三极管V3的集电极也即SOFT端电压降低，使PWM芯片的驱动脉宽变窄，输出电压降低，PWM的驱动脉宽变窄使基准电压进一步下降，补偿由于控制电路的延时导致过流时输出电流随输出电压的降低而不断加大的缺陷，实现恒流或返回特性。当输入电压升高时，PWM驱动脉冲宽度变窄，三极管V1的基极偏置电压降低，使相对于不加该电路时的限流值降低；而输入电压降低时，PWM驱动脉冲宽度展宽，V1基极电压升高，使相对于不加该电路时的限流值升高，保证限流点的恒定。

所述电流采样电路由一个采样电阻R18、电阻R19、R20、R21、电容C17、电解电容C18及一个放大器U2A构成。采样电阻R18的一端接地，另一端接电阻R19及功率场效应管Q8的源极，R19的另一端接所述电容C17及运算放大器U2A的同相输入端，电容C17的另一端接地，U2A的输出端与C18的正极相连并同时输入到嵌入式控制器U1的带A/D转换器的输入通道ANO2。当控制器正常运行时，Q8导通，电机电流也流过采样电阻R18，故R18上的电压降与流经电机的电流成正比。这个压降经U2A输入U1的ANO2，经过A/D转换，U1就可以精确测定电机的电流。

所述霍尔传感器电路由误接电源保护二极管D6、霍尔传感器、下拉电阻R1组成。二极管D6的正极连接+5V电源，负极连接霍尔传感器的电源端，给霍尔传感器供电，霍尔传感器的另一端接地，霍尔传感器的输出端通过下拉电阻R1的一端后接地，霍尔传感器的输出端同时输入到嵌入式控制器U1的A/D转换通道AN2端。所述的二极管的作用在于，当霍尔传感器***接线误接电源时能够保护嵌入式控制器U1，所述的下拉电阻R1对嵌入式控制器U1的A/D转换输入端电压进行下拉，当霍尔传感器调节到最小时相当于没有接霍尔传感器。在正常工作状态时，嵌入式控制器U1根据霍尔传感器输入的电压的高低，经过A/D转换和运算，相应地调节PWM输出的脉宽，从而控制电机的转速。

所述的飞车检测电路通过检测Q8的开通与关闭情况来检测电机的工作状态。正常情况下，飞车检测电路会检测到场效应管不断开通与关闭信号，当脉宽调制输出不是全导通时，Q8必定处于关闭或开通与关闭交替的状态，同时如果在电流采样电路上采样到流经电机的电流，那么U1的输入通道RA4必然检测到间断的高电平，如果在某个足够长的时间内没有检测到高电平，就可以判断场效应管处于完全导通，电机已不受PWM控制，此时U1通过继电器保护电路关掉电机供电电源。

所述的电机短路检测电路由电阻R32、R33，三极管Q9，二极管D10，电解电容C24和电容C25构成。电阻R32的一端连接所述功率场效应管Q8与采样电阻R18的连接点，另一端接电容C25的一端及三极管Q9的基极，电容C25的另一端接地，三极管Q9的发射极接二极管D10的负极和电解电容C24的负极，二极管D10与电解电容C24并联，且正极都接地，三极管Q9的集电极通过上拉电阻R33后接+5V电源并同时与嵌入式控制器U1的外中断输入通道RB0/INT相连。正常工作时，采样电阻R18的压降不足以使三极管Q9导通，此时没有引起Q1的外中断，当电机短路时，R18得到一个足够高的电压。Q9导通，U1及时关断PWM的输出。

所述的MCU故障检测电路有电容C14、电解电容C15、二极管D3、D4，电阻R13、R14与三极管Q4组成。所述电容C14一端接嵌入式控制器U1的输入/输出通道RB1，另一端分别接二极管D3的负极和D4的正极。二极管D3的正极与电机短路检测电路中所述三极管Q9的发射极相连，二极管D4的负极分别与电阻R13、电解电容C15的正极和电阻R14相连。电阻R13的另一端分别接电解电容C15的负极、三极管Q4的发射极后再接地，电阻R14的另一端与三极管Q4的基极相连，三极管Q4的集电极连接继电器保护电路中三极管Q3的发射极。当U1出现故障时，U1的I/O口RB1端只输出连续的高电平或低电平，三极管Q4截止，同时继电器保护电路断开电机的电源。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述的技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能电动车控制器控制电路，包括：电源、微处理器、用于控制电机转速的霍尔传感器电路、功率场效应管、用于驱动所述功率场效应管工作的驱动电路、用于给所述微处理器提供稳定工作电源的工作电源电路，继电器保护电路和电流采样电路；所述电源、继电器保护电路、电机、场效应管和电流采样电路顺次连接，所述工作电源电路与电源连接，所述驱动电路分别与微处理器和所述场效应管相连，由微处理器来控制驱动功率场效应管的导通，从而控制整个回路导通，所述霍尔传感器电路、所述继电器保护电路和所述电流采样电路分别与微处理器相连，其特征在于：还包括检测各电路部分是否正常工作的故障检测电路和电源原边限流电路，所述故障检测电路直接与微处理器相连，所述电源原边限流电路分别与所述电源、电机、所述继电器保护电路直接连接。

2.如权利要求1所述的智能电动车控制器控制电路，其特征在于：所述故障检测电路包括一个用于检测电机是否发生短路故障的电机短路检测电路，一个用于检测所述控制器是否发生飞车现象的飞车检测电路和一个用于检测MCU发生死机或异常损坏等故障的MCU故障检测电路；所述飞车检测电路连接在所述功率场效应管和所述微处理器之间，所述电机短路检测电路连接在所述电流采样电路和所述微处理器之间，所述MCU故障检测电路连接在所述微处理器和继电器保护电路之间。

3.如权利要求1所述的智能电动车控制器控制电路，其特征在于：所述电源原边限流电路，包括比较器、变压器和PWM驱动电路，PWM驱动脉冲和基准Vref信号组合为基准电压作为比较器的一路输入，采样的原边电流信号作为比较器的另一输入，比较器的输出与PWM驱动电路的SOFT端相连，控制PWM驱动电路的驱动脉宽。

4.如权利要求3所述的智能电动车控制器控制电路，其特征在于：所述电源原边限流电路中比较器由三极管V1、V2和V3构成，V1和V2的发射极通过电阻R4与Vref信号相连；V1和V2的基极作为比较电路的两个输入端，V1的基极分别经电阻R1与PWM驱动脉冲信号相连，经电阻R3与Vref信号相连；原边采样电流信号输出到V2的基极，V1的集电极与V3的基极相连，V3的集电极作为比较电路的输出。

5.如权利要求1或2所述的智能电动车控制电路，其特征在于：所述驱动电路由三个三极管、两个电阻和一个电容构成，所述继电器保护电路由一个继电器、一个续流二极管、一个三极管和一个电阻构成，所述MCU故障检测电路由一个电解电容、两个二极管、一个三极管及其***电路构成，所述电机短路检测电路由一个采样电阻、一个运算放大器及其***电路构成，所述飞车检测电路由两个分压电阻和一个二极管构成。