專利名稱：電動車三檔分流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電動車三檔分流控制器涉及電動車在三種不同運(yùn)行速度范圍下行駛時(shí)，能對電動車的直流無刷電機(jī)提供三檔分流電流的控制器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電動車的手把切換按鈕可以將電動車行駛速度切換成三檔，即第一檔為100%額定轉(zhuǎn)速檔(亦稱全速檔)，第二檔為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檔，其速度為85%額定轉(zhuǎn)速，而第三檔為高速運(yùn)行檔，其速度為110%額定轉(zhuǎn)速，若第一檔額定轉(zhuǎn)速為30公里/小時(shí)，這時(shí)電動車動力大，可爬陡坡，則第二檔經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檔的轉(zhuǎn)速為25. 5公里/小時(shí)，在第二檔下可以使電動車的續(xù)行里程延長，第三檔高速運(yùn)行檔可達(dá)到33公里/小時(shí)，要使電動車能在以上三檔轉(zhuǎn)速下都能運(yùn)行，就需要設(shè)計(jì)電動車三檔分流控制器，能夠分三路對直流無刷電機(jī)繞組分別提供對應(yīng)于一、二、三檔轉(zhuǎn)速下所需的電池供給電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供電動車三檔分流控制器，通過在控制器單片機(jī)芯片檔位寄存器內(nèi)設(shè)定三檔電流，分別從單片機(jī)芯片三檔六個(gè)輸出腳控制對應(yīng)的三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路，對直流無刷電機(jī)三相繞組中的每相繞組均能提供一、二、三檔電流，并能達(dá)到根據(jù)電動車手把所在不同的轉(zhuǎn)動位置，以達(dá)到對上述三檔電機(jī)輸入電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的目的。電動車三檔分流控制器，它包括單片機(jī)芯片、三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路、直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路、電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路、電流采樣信號放大電路、單片機(jī)芯片輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與手把上各對應(yīng)發(fā)光二極管轉(zhuǎn)速指示燈LED1、LED2和LED3連接電路和線性霍爾傳感器調(diào)速把信號線輸出電路，單片機(jī)芯片輸出腳D6]、輸出腳[2]連接到第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片輸出腳[17]、輸出腳[11]連接到第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片輸出腳[15]、輸出腳[13]連接到第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)相同，每路均由六只小信號開關(guān)管、兩只單向?qū)ǘO管、四只MOS場效應(yīng)管和一些電阻器、一只電容器組成，所述第一路、第二路和第三路MOS 場效應(yīng)管驅(qū)動電路共用兩個(gè)采樣電流電阻器，每路均有一個(gè)輸出電流的電機(jī)相線端；單片機(jī)芯片輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]分別連接到直流無刷電機(jī)的三個(gè)霍爾傳感器信號線端子HU、HV和HW ；電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路的三檔切換按鈕K兩端分別與單片機(jī)芯片輸出腳[23]和地端相連接；采樣電流端的采樣電流被運(yùn)算放大器Ul放大后送到單片機(jī)芯片輸入腳[4]；單片機(jī)芯片輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別經(jīng)電阻器RM、R25和似6連接到發(fā)光二極管LED1、發(fā)光二極管LED2和發(fā)光二極管LED3 ；調(diào)速把信號線輸出電路的調(diào)速把信號連接到單片機(jī)芯片輸入腳[8]；在單片機(jī)芯片的設(shè)定檔位寄存器內(nèi)共設(shè)定有第一檔、第二檔和第三檔電流檔；單片機(jī)芯片輸入腳[8]內(nèi)模數(shù)變換器讀取值至A速度寄存器內(nèi)，將手把輸入速度值進(jìn)行調(diào)整后，控制脈沖占空比輸出值，實(shí)現(xiàn)三檔速度調(diào)節(jié)；在單片機(jī)芯片內(nèi)根據(jù)電流實(shí)際值與電流設(shè)定值相比較，通過調(diào)節(jié)信號占空比脈沖，構(gòu)成電動車三檔分流控制器內(nèi)的閉環(huán)電流調(diào)節(jié)。本發(fā)明電動車三檔分流控制器的電路結(jié)構(gòu)說明如下在本電動車三檔分流控制器(以下簡稱本控制器)內(nèi)，采用的美國賽普拉斯公司單片機(jī)芯片型號為CY8CM533，它使用8位哈佛結(jié)構(gòu)處理器內(nèi)核(M8CCPU)，具有獨(dú)立的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器總成，處理器速度可達(dá)24MHZ，有8KB的閃存(Flash ROM)用于程序存儲以及256字節(jié)的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器；CY8CM533有4個(gè)數(shù)字模塊和4個(gè)模擬模塊， 單片機(jī)芯片內(nèi)的數(shù)字模塊可以配置各種各樣用戶模塊，如時(shí)間定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、脈寬調(diào)制和死區(qū)脈寬調(diào)制，它集成了一個(gè)專用的8位逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間只有 3. 33 μ s (微秒)，這對于快速的檢測電流信號非常有用。本單片機(jī)芯片有M個(gè)輸入輸出腳(接口)，其中[14]腳接地，[28]腳接電源+5 伏，輸出腳[26]、輸出腳[2]分別接第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管，輸出腳 [17]、輸出腳[11]分別接第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管，輸出腳[15]、輸出腳[13]分別接第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管。輸出腳[10]、輸出腳[16]和輸出腳[19]分別通過限流電阻與電動車手把上的三檔發(fā)光二極管轉(zhuǎn)速指示燈LED1、LED2和LED3相連接，對其提供發(fā)光電流，分別指示第一檔 100%額定轉(zhuǎn)速、第二檔85%額定轉(zhuǎn)速和第三檔110%額定轉(zhuǎn)速。輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]分別與直流無刷電機(jī)定子上的三個(gè)霍爾傳感器的信號線HU、HV和冊相連接，單片機(jī)芯片的輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]分別接收直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號。輸入腳[23]接受電動車調(diào)速手把三檔切換按鈕K正極發(fā)送出的切換檔位信號，使單片機(jī)芯片通過輸入腳[23]能識別由騎車人通過電動車調(diào)速手把上的三檔切換按鈕K發(fā)出的所需三檔轉(zhuǎn)速中的其中一檔的轉(zhuǎn)速信號，電動車調(diào)速手把檔切換按鈕K負(fù)極接地。輸入腳[8]通過電阻器R27與電動車調(diào)速手把上的調(diào)速把信號線相連接，將調(diào)速把所在轉(zhuǎn)動位置通過調(diào)速把內(nèi)線性霍爾傳感器發(fā)出的電磁信號經(jīng)輸入腳[8]輸入到單片機(jī)芯片內(nèi)，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變換成二進(jìn)制數(shù)字信號；電動車調(diào)速把的地線接地。以第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路為例，當(dāng)輸出腳[15]上有0伏電壓時(shí)，則小信號開關(guān)管Q2、Q1導(dǎo)通，使并聯(lián)的MOS場效應(yīng)管V1、V2的門極通過二極管D2、限流電阻器R3得到高電平電壓，使MOS場效應(yīng)管VI、V2導(dǎo)通，若輸出腳[15]上有+5伏電壓時(shí)，則小信號開關(guān)管Q2、Ql關(guān)閉，使MOS場效應(yīng)管VI、V2關(guān)閉，同樣，當(dāng)輸出腳[13]上有0伏電壓時(shí)，則小信號開關(guān)管Q5、Q4導(dǎo)通，使MOS場效應(yīng)管V3、V4導(dǎo)通，輸出腳[13]上有+5伏電壓時(shí)，則小信號開關(guān)管Q5、Q4關(guān)閉，從電機(jī)相線端向電機(jī)繞組輸送大電流信號。以上第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路，分別通過U、V、W電機(jī)相線端向電機(jī)三相繞組中的兩相輸出大功率電流，驅(qū)動直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動。在三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的并聯(lián)的電流采樣電阻RlO和Rll上向電動車三檔分流控制器的采樣電流端發(fā)出采樣電流信號，再經(jīng)運(yùn)算放大器Ul放大后，以提高識別性能，送到單片機(jī)芯片的輸入腳W]，再經(jīng)單片機(jī)芯片內(nèi)部對電流信號進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，來控制直流無刷電機(jī)三相繞組中的電流大小，形成控制器的閉環(huán)電流控制。在單片機(jī)芯片內(nèi)設(shè)定有檔位寄存器，在檔位寄存器中存儲的檔位數(shù)為0、1、2，分別
5對應(yīng)1、電動車的電門鎖開啟時(shí)三檔切換按鈕未按，設(shè)定默認(rèn)為第1檔，即100%額定轉(zhuǎn)速，第一檔時(shí)，控制器控制直流無刷電機(jī)的輸入電流為30士 1安培(A)；2、當(dāng)電動車手把上的三檔切換按鈕K按一次時(shí)，則給單片機(jī)芯片的輸入腳[23]提供0伏低電平，此檔設(shè)定為第二檔，電流設(shè)置為20士 1安培(A)。3、當(dāng)所述的三檔切換按鈕K再按一次時(shí)，同樣，向單片機(jī)芯片的輸入腳[23]提供 0伏低電平，這時(shí)，設(shè)定為第三檔，電流設(shè)置為25士 1安培(A)；總之，根據(jù)單片機(jī)芯片內(nèi)檔位寄存器內(nèi)的電流調(diào)節(jié)檔位數(shù)[LEVEL]，通過電動車電流設(shè)定檔位子程序執(zhí)行流程圖，可選取上述的各電流設(shè)定值，通過控制器可以實(shí)現(xiàn)控制直流電源對直流無刷電機(jī)三相繞組內(nèi)提供三檔不同的輸入電流設(shè)定值(門限電流)，即通過檔位子程序?qū)崿F(xiàn)三檔分流電流，在芯片內(nèi)執(zhí)行完上述電動車手把電流設(shè)定檔位子程序后，再返回[RETURN]主程序。當(dāng)騎車人通過轉(zhuǎn)動電動車手把來調(diào)節(jié)電動車行駛速度時(shí)，則手把上的調(diào)速把信號線向單片機(jī)芯片的輸入腳[8]輸入速度信號值，通過模/數(shù)變換器，將模擬信號變換成8位二進(jìn)制數(shù)字代碼，送到單片機(jī)芯片內(nèi)的設(shè)定檔位速度寄存器內(nèi)，執(zhí)行車把的速度調(diào)節(jié)檔子程序(SPEED-SET-LEVEL)，這時(shí)8位二進(jìn)制A值由0-255，首先讀取手把模數(shù)值(AD值)至 A，對應(yīng)于手把轉(zhuǎn)動量的脈沖寬度調(diào)節(jié)后的脈沖占空比應(yīng)該等于A/256。在單片機(jī)芯片內(nèi)再判斷手把此時(shí)所在的擋位。1、若[LEVEL]_2 >= 0成立⑴時(shí)，即手把處于第3檔，再執(zhí)行增速110%額定速度(增速設(shè)置)子程序，這時(shí)為增速(高檔)狀態(tài)。2、若[LEVEL]_1 >= 0成立⑴時(shí)，即手把處于第2檔，將手把轉(zhuǎn)動后對應(yīng)的占空比設(shè)定值A(chǔ)/256X0. 85，此時(shí)處于限速狀態(tài)，為經(jīng)濟(jì)檔，此檔續(xù)行里程長。3、若[LEVEL]-1 > = 0不成立時(shí)，這時(shí)
_1 < 0，即手把處于第1檔時(shí)，手把轉(zhuǎn)動后對應(yīng)的占空比設(shè)定值XI，此時(shí)處于額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)(全速狀態(tài))。脈寬調(diào)制后占空比大時(shí)，則三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路中的MOS場效應(yīng)管開啟時(shí)間長，供給直流無刷電機(jī)繞組內(nèi)的電流就增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就快，消耗電能就大，電動車?yán)m(xù)行里程就短，反之，脈寬調(diào)制后的占空比小，MOS場效應(yīng)管開啟時(shí)間短，電機(jī)繞組內(nèi)電流小，電機(jī)轉(zhuǎn)速小，消耗電能小。總之，在控制器芯片內(nèi)通過程序來控制脈沖占空比的輸出，即可實(shí)現(xiàn)電動車的三檔行駛速度。根據(jù)電流實(shí)際值與電流設(shè)定值相比較，構(gòu)成閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)框圖，在單片機(jī)芯片內(nèi)通過用于電動車三檔分流控制器的閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷子程序，對于采樣電流端采樣到的實(shí)時(shí)電流值(電流實(shí)際值)與電流設(shè)定值(即30士1安、20士1安和25士1安)進(jìn)行比較1、若電流實(shí)際值小于電流設(shè)定值，且電流相差超過3安時(shí)，則過512 μ s (微秒) 增加占空比1/256 ；若電流相差不超過3安，但超過1安時(shí)，則過Ims (毫秒)增加占空比 1/256 ；若電流相差值不超過1安，則過ans(毫秒)增加占空比1/256，上述閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷子程序執(zhí)行完畢后，返回主程序；2、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值超過1.5安，則過512 μ s 減少占空比1/256，執(zhí)行后，返回主程序。
3、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值不超過1. 5安，但超過1安時(shí)，則過Ims (即兩個(gè)512 μ s)減少占空比1/256，執(zhí)行后，返回主程序。4、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值不超過1安，則過2ms減少占空比1/256，執(zhí)行完上述閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷子程序后，則返回主程序。在本發(fā)明單片機(jī)芯片內(nèi)，采樣周期為64 μ S，即每過64 μ s判斷一次電流實(shí)際值與電流設(shè)定值的電流差值大小，在單片機(jī)芯片內(nèi)經(jīng)采樣8次后，即需64μ sX8 = 512 μ s。本電動車三檔分流控制器優(yōu)點(diǎn)是可精確地實(shí)時(shí)控制電源向電機(jī)三相繞組中提供的三檔分流電流的實(shí)時(shí)電流值大小，從而可實(shí)際控制電動車的三檔額定轉(zhuǎn)速中的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，且電路結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。


圖1 單片機(jī)芯片1的觀個(gè)輸入/輸出口接線腳示意圖。圖2 驅(qū)動直流電機(jī)三相繞組中的一相電流相線端的第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路2電原理圖。圖3 直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路3電原理圖。圖4 三檔切換按鈕K與單片機(jī)芯片1的輸入腳[23]間的電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路4的電連接原理圖。圖5 為采樣電流端與單片機(jī)芯片1的輸入腳[4]間的電流采樣信號放大電路5電
原理圖。圖6 單片機(jī)芯片1的輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與手把上各對應(yīng)發(fā)光二極管轉(zhuǎn)速指示燈LED1、LED2和LED3連接電路6電原理圖。圖7 線型霍爾傳感器調(diào)速手把信號輸出電路7電原理圖。圖8 電動車電流設(shè)定檔位子程序執(zhí)行流程圖。圖9 電動車手把速度調(diào)節(jié)檔子程序執(zhí)行流程圖。圖10 電動車三檔分流控制器閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷框圖。
具體實(shí)施例方式參見各附圖，電動車三檔分流控制器，它包括單片機(jī)芯片1、三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路、直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路3、電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路 4、電流采樣信號放大電路5、單片機(jī)芯片1輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與手把上各對應(yīng)發(fā)光二極管轉(zhuǎn)速指示燈LEDl、LED2和LED3連接電路6和線性霍爾傳感器調(diào)速把信號線輸出電路7，單片機(jī)芯片1輸出腳[26]、輸出腳[2]連接到第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片1輸出腳[17]、輸出腳[11]連接到第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片1輸出腳[15]、輸出腳[13]連接到第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)相同，每路均由六只小信號開關(guān)管、兩只單向?qū)ǘO管、四只MOS場效應(yīng)管和一些電阻器、一只電容器組成，所述第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路共用兩個(gè)采樣電流電阻器，每路均有一個(gè)輸出電流的電機(jī)相線端；單片機(jī)芯片1輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]分別連接到直流無刷電機(jī)的三個(gè)霍爾傳感器信號線端子HU、HV和HW ；電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路4的三檔切換按鈕K兩端分別與單片機(jī)芯片1輸出腳[23]和地端相連接；采樣電流端的采樣電流被運(yùn)算放大器Ul放大后送到單片機(jī)芯片1的輸入腳W]；單片機(jī)芯片1 輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別經(jīng)電阻器R24、R25和似6連接到發(fā)光二極管 LED1、發(fā)光二極管LED2和發(fā)光二極管LED3 ；調(diào)速把信號線輸出電路7的調(diào)速把信號連接到單片機(jī)芯片1輸入腳[8]；在單片機(jī)芯片1的設(shè)定檔位寄存器內(nèi)共設(shè)定有第一檔、第二檔和第三檔電流檔；單片機(jī)芯片1輸入腳[8]內(nèi)模數(shù)變換器讀取值至A速度寄存器內(nèi)，將手把輸入速度值進(jìn)行調(diào)整后，控制脈沖占空比輸出值，實(shí)現(xiàn)三檔速度調(diào)節(jié)；在單片機(jī)芯片1內(nèi)根據(jù)電流實(shí)際值與電流設(shè)定值相比較，通過調(diào)節(jié)信號占空比脈沖，構(gòu)成電動車三檔分流控制器內(nèi)的閉環(huán)電流調(diào)節(jié)。參見圖1，本電動車三檔分流控制器中的單片機(jī)芯片1為美國賽普拉斯公司的型號為CY8CM533，有8KB的閃存，用于程序存儲以及256字節(jié)的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器；單片機(jī)芯片1有4個(gè)數(shù)字模塊和4個(gè)模擬模塊，數(shù)字模塊可以配置各種用戶模塊，如時(shí)間定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、脈寬調(diào)制和死區(qū)脈寬調(diào)制，該單片機(jī)芯片1共有觀腳，其中[28]腳與電源+5 伏相連接，[14]腳接地。單片機(jī)芯片1的輸出腳[26]和輸出腳[2]分別對第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管提供0伏導(dǎo)通信號或+5伏截止信號，第一路兩上管、兩下管的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接，當(dāng)?shù)谝宦穬缮瞎躒GS = 0伏時(shí)，則兩上管關(guān)閉，無輸出，此時(shí)兩下管的源極S有輸出電流到電機(jī)的繞組中。同樣，單片機(jī)芯片1的輸出腳[17]和輸出腳[11]分別對第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管提供0伏導(dǎo)通信號或+5伏截止信號，第二路兩上管、兩下管的漏極、 門極和源極分別并聯(lián)連接。單片機(jī)芯片1的輸出腳[15]和輸出腳[13]分別對第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)電路2 的小信號開關(guān)管提供0伏導(dǎo)通信號或+5伏截止信號，第三路兩上管VI、V2的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接，第三路兩下管V3、V4的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接。單片機(jī)芯片1中輸出的脈寬調(diào)制的脈沖占空比大小，控制一、二、三路場效應(yīng)管源極輸出電流的大小，以及電機(jī)繞組的換相速度。單片機(jī)芯片1輸出的脈寬調(diào)制占空比大小根據(jù)單片機(jī)芯片1輸入腳[4]輸入的實(shí)時(shí)電流值、三檔切換按鈕K所在檔位以及輸入腳[8]輸入的手把轉(zhuǎn)動位置的調(diào)速把信號 (即電動車要求運(yùn)行的速度)來確定的。單片機(jī)芯片1的輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]分別與直流無刷電機(jī)定子上的三個(gè)霍爾傳感器HU、HV、HW的三根信號線相連接；輸入腳[8]與手把的調(diào)速把信號線相連接；輸入腳[23]與三檔切換按鈕K的信號線相連接；輸入腳[4]與運(yùn)算放大器Ul輸出端相連接；輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與手把上的檔位指示燈——發(fā)光二極管LED1、LED2和LED3相連接。參見圖2，第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路2中的單片機(jī)芯片1的輸出腳[15]經(jīng)電阻器R4與小信號的開關(guān)管Q2發(fā)射極相連接，+5伏電源經(jīng)電阻器R2與開關(guān)管Q2基極相連接，開關(guān)管Q2集電極通過結(jié)點(diǎn)B分別與開關(guān)管Ql基極、電阻器Rl —端相連接，電阻器Rl另一端通過結(jié)點(diǎn)A分別與二極管Dl負(fù)極、電容器Cl正極以及開關(guān)管Ql發(fā)射極相連接，二極管Dl正極與電源+15伏相連接，開關(guān)管Ql集電極通過結(jié)點(diǎn)C分別與二極管D2正極、開關(guān)管Q3基極以及電阻器R5 —端相連接，電容器Cl負(fù)極通過結(jié)點(diǎn)F分別與電阻器R5另一端、 開關(guān)管Q3集電極、場效應(yīng)晶體管Vl源極、場效應(yīng)晶體管V2源極以及電機(jī)相線端相連接；二極管D2負(fù)極與電阻器R3 —端相連接，電阻器R3另一端通過結(jié)點(diǎn)E分別與開關(guān)管Q3發(fā)射極、場效應(yīng)晶體管Vl門極、場效應(yīng)晶體管V2門極相連接，場效應(yīng)晶體管Vl漏極和場效應(yīng)晶體管V2漏極并聯(lián)到+48伏電源。單片機(jī)芯片1的輸出腳[13]經(jīng)電阻器R8與開關(guān)管Q5發(fā)射極相連接，單片機(jī)芯片 1的輸出腳[13]又經(jīng)電阻器R9與開關(guān)管Q6基極相連接，開關(guān)管Q5基極連接+5伏電源， 開關(guān)管Q5集電極通過結(jié)點(diǎn)G與開關(guān)管Q4基極相連接，并與電阻器R6 —端相連接，電阻器 R6另一端與開關(guān)管Q4發(fā)射極及+15伏電源相連接，開關(guān)管Q4集電極與電阻器R7 —端相連接，電阻器R7另一端通過結(jié)點(diǎn)I分別與開關(guān)管Q6集電極、場效應(yīng)晶體管V3門極和場效應(yīng)晶體管V4門極相連接；開關(guān)管Q6發(fā)射極接地；場效應(yīng)晶體管V3漏極和場效應(yīng)晶體管V4 漏極并聯(lián)后經(jīng)結(jié)點(diǎn)F與電機(jī)相線端相連接，場效應(yīng)晶體管V3源極和場效應(yīng)晶體管V4源極并聯(lián)后連接到采樣電流端和電阻器R10、電阻器Rll并聯(lián)端，電阻器RlO和電阻器Rll另一端并聯(lián)后接地。第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路及第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路與第三路MOS場效應(yīng)晶體管電路結(jié)構(gòu)完全相同，每路分別均由六只小信號開關(guān)管、兩只二極管、四只MOS場效應(yīng)管和一些電阻器、一只電容器組成，所述三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路共用兩只并聯(lián)的采樣電流用電阻值相等的電阻器RlO和電阻器R11，每路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路均有一個(gè)輸出電流的電機(jī)相線端。參見圖3，在直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路3中，安裝在直流無刷電機(jī)定子矽鋼片上的三個(gè)霍爾傳感器的電源線正極H+連接+5伏電源，電源線負(fù)極H-連接地端；三個(gè)霍爾傳感器的信號線端子HU、HV和冊分別通過電阻器R15、電阻器R16和電阻器R17與單片機(jī)芯片1的輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]相連接。在霍爾傳感器信號線端子HU和電阻器R15 一端之間與電阻器R12 —端相連接，在霍爾傳感器信號線端子HV和電阻器R16 —端之間與電阻器R13 —端相連接，在霍爾傳感器信號線端子冊和電阻器R17 —端之間與電阻器R14 —端相連接，電阻器R12另一端、電阻器R13另一端和電阻器R14另一端共同連接到+5伏電源。在電阻器R15另一端和輸入腳[5]之間與電容器C2正極相連接，在電阻器R16另一端和輸入腳[6]之間與電容器C3正極相連接，在電阻器R17另一端和輸入腳[7]之間與電容器C4正極相連接，電容器C2負(fù)極、電容器C3負(fù)極和電容器C4負(fù)極共同連接到接地端。參見圖4，在電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路4中，電動車手把上的三檔切換按鈕K 一端與電阻器R19 —端和電阻器R18 —端相連接，電阻器R18另一端連接+5伏電源，電阻器R19另一端與電容器C5正極、單片機(jī)芯片1的輸入腳[23]相連接；三檔切換按鈕K另一端和電容器C5負(fù)極共同接地。電阻器R18為上拉電阻器，使輸入腳[23]能得到來自+5伏電源的電壓。電阻器R19和電容器C5共同組成濾波電路。參見圖5，在電流采樣信號放大電路5中，采樣電流端與分壓電阻器R22 —端相連接，分壓電阻器R22另一端與分壓電阻器R21—端、濾波電容器C6 —端相連接后，再連接到運(yùn)算放大器Ul的正極輸入端，分壓電阻器R21另一端接+5伏電源，濾波電容器C6另一端與電阻器R23 —端相連接后共同接地，電阻器23另一端與電阻器20 —端相連接后，再連接到運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極輸入端，電阻器20另一端與運(yùn)算放大器Ul輸出端及單片機(jī)芯片1 的輸入腳[4]相連接，運(yùn)算放大器Ul集成電路塊需連接+5伏電源和接地；運(yùn)算放大器Ul 的電流放大倍數(shù)等于R20/R23兩電阻值之比，被放大后的采樣電流輸入到輸入腳[4]后，可提高單片機(jī)芯片1的采樣電流分辯率。參見圖6，在單片機(jī)芯片1的輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與安裝在電動車手把上轉(zhuǎn)速指示燈的發(fā)光二極管LED1、LED2和LED3相連接的連接電路6中，輸出腳[16]經(jīng)電阻器RM與發(fā)光二極管LEDl正極相連接，輸出腳[10]經(jīng)電阻器R25與發(fā)光二極管LED2正極相連接，輸出腳[19]經(jīng)電阻器似6與發(fā)光二極管LED3正極相連接，分別表示第一檔100%額定轉(zhuǎn)速、第二檔85%經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檔轉(zhuǎn)速和第三檔110%高速運(yùn)行檔的發(fā)光二極管指示燈的LEDl負(fù)極、LED2負(fù)極和LED3負(fù)極共同連接到接地端。參見圖7，在線型霍爾傳感器調(diào)速手把信號輸出電路7中，線型霍爾傳感器安裝在電動車的調(diào)速手把中，圖7中，“調(diào)速轉(zhuǎn)把電源”為線型霍爾傳感器電源端，它與+5伏電源 [28]腳相連接，“調(diào)速轉(zhuǎn)把地”為線型霍爾傳感器接地端，與接地[14]腳相連接。在圖7中，“調(diào)速把信號”為線型霍爾傳感器信號線上的線性變化的電壓值信號，為 1. 1伏至4. 2伏的電壓信號，輸送到單片機(jī)芯片1的輸入腳[8]。在圖7中，“調(diào)速把信號”端與電阻器27 —端、電阻器28 一端相連接，電阻器27另一端與電容器C7正極及輸入腳[8]相連接，電阻器觀另一端和電容器C7負(fù)極共同接地。電阻器R27和電容器C7構(gòu)成濾波電路。參見圖8，在電動車三檔分流控制器的單片機(jī)芯片1內(nèi)的設(shè)定檔位寄存器中執(zhí)行電流設(shè)定檔位子程序，在圖8的電動車電流設(shè)定檔位子程序執(zhí)行流程圖中， “⑶RRENT-SET-LEVEL”為電流設(shè)定檔位數(shù)，在電動車手把上的三檔切換按鈕K向單片機(jī)芯片1的輸入腳[23]分別輸入第1檔、第2檔和第3檔模擬信號時(shí)，在單片機(jī)芯片1的設(shè)定檔定寄存器[LEVEL]內(nèi)對應(yīng)的二進(jìn)制存儲數(shù)據(jù)為W]、[1]和[2]，即經(jīng)過模/數(shù)變換器將手把上的三檔切換按鈕K輸入的模擬信號變換成8位二進(jìn)制代碼。1、在設(shè)定檔位寄存器內(nèi)的電流設(shè)定檔位數(shù)為
時(shí)，則按電流設(shè)定檔位子程序執(zhí)行流程8所示，
-2 > = 0 — N
-1 > = 0 — N，則設(shè)定為一檔時(shí)，電流設(shè)置為30士 1 安培。2、在設(shè)定檔位寄存器內(nèi)的電流設(shè)定檔位數(shù)為[1]時(shí)，則[l]-2>=0 —N[l]_l> =0 — Y，則設(shè)定為二檔時(shí)，電流設(shè)置為20士 1安培。3、在設(shè)定檔位寄存器內(nèi)的電流設(shè)定檔位數(shù)為[2]時(shí)，則[2]_2 >= 0 — Y，則設(shè)定為三檔時(shí)，電流設(shè)置為25士 1安培。根據(jù)設(shè)定檔位寄存器值，選取電流設(shè)定值，通過在控制器的單片機(jī)芯片1內(nèi)電流設(shè)定檔位子程序?qū)崿F(xiàn)電動車三檔電流分流。圖8中“ RET ”為返回主程序。參見圖9，在電動車手把速度調(diào)節(jié)檔子程序執(zhí)行流程圖9中，將由電動車手把上的調(diào)速把信號線輸入到單片機(jī)芯片1輸入腳[8]內(nèi)的模擬速度信號值，通過模/數(shù)變換器變換成8位二進(jìn)制數(shù)字代碼A值，A值由0到255，在速度寄存器內(nèi)執(zhí)行速度調(diào)節(jié)檔子程序 (SPEED-SET-LEVEL)，首先，讀取手把模數(shù)值(AD值)至A，對應(yīng)于手把轉(zhuǎn)動量的脈沖寬度調(diào)節(jié)后的脈沖占空比為A/256。在單片機(jī)芯片1內(nèi)按以下判斷手把所在檔位，根據(jù)檔位寄存器中的檔位值 LEVEL (0,1>2)1、若[LEVEL]-2 > = 0成立⑴時(shí)，則手把處于第3檔，再執(zhí)行增速110%額定速度(增速設(shè)置)子程序，這時(shí)為增速(高速)狀態(tài)。2、若[LEVEL] _1 > = 0成立⑴時(shí)，則手把處于第2檔，將手把轉(zhuǎn)動后對應(yīng)的占空比設(shè)定值A(chǔ)/256再乘0. 85，即A/256X0. 85，此時(shí)，處于限速狀態(tài)，為經(jīng)濟(jì)檔，此檔電動車的續(xù)行里程長。3、若[LEVEL]-1 >=0不成立(N)時(shí)，即
_1 < 0時(shí)，手把處于第1檔，手把轉(zhuǎn)動后對應(yīng)的占空比設(shè)定值XI，此時(shí)，處于額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)(全速狀態(tài))。總之，根據(jù)電動車手把轉(zhuǎn)動后輸入值，變換為單片機(jī)芯片1內(nèi)二進(jìn)制數(shù)據(jù)A，調(diào)整后控制脈沖占空比輸出，就在電動車的直流無刷電機(jī)內(nèi)輸入三檔分流電流，實(shí)現(xiàn)三檔速度行駛。參見圖10，在電動車三檔分流控制器閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷框圖10中，根據(jù)電流控制調(diào)節(jié)(⑶RRENT-C0NTR0L-TUNING)子程序，首先，讀取電流平均值值，即脈沖占空比X 峰值電流，根據(jù)由電動車控制器印制電路板上采樣電流端采樣到的實(shí)時(shí)電流值(電流實(shí)際值)與電流設(shè)定值(即30士 1安、20士 1安和25士1安)進(jìn)行比較判斷1、若電流實(shí)際值小于電流設(shè)定值，且電流相差值超過3安培時(shí)，則過512 μ s (微秒)，增加占空比1/256 ；若電流相差值不超過3安培，但超過1安培時(shí)，則過Ims (毫秒)，增加占空比1/256 ；若電流相差值不超過1安培時(shí)，則過2ms (毫秒)，增加占空比1/256，上述閉環(huán)電流控制調(diào)節(jié)判斷子程序執(zhí)行完畢后，返回主程序。2、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值超過1.5安培時(shí)，則過 512 μ s (微秒)，減小占空比1/256，執(zhí)行后返回主程序。3、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值不超1. 5安培時(shí)，但超過1 安培時(shí)，則過Ims (即兩個(gè)512 μ s)，減小占空比1/256，執(zhí)行后返回主程序。4、若電流實(shí)際值大于或等于電流設(shè)定值，且電流相差值不超1安培時(shí)，則過ans， 減小占空比1/256，執(zhí)行后返回主程序。
權(quán)利要求
1.電動車三檔分流控制器，它包括單片機(jī)芯片(1)、三路MOS場效應(yīng)晶體管驅(qū)動電路、 直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路(3)、電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路、電流采樣信號放大電路(5)、單片機(jī)芯片(1)輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別與手把上各對應(yīng)發(fā)光二極管轉(zhuǎn)速指示燈LEDl、LED2和LED3連接電路(6)和線性霍爾傳感器調(diào)速把信號線輸出電路(7)，其特征在于單片機(jī)芯片(1)輸出腳D6]、輸出腳[2]連接到第一路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片(1)輸出腳[17]、輸出腳[11]連接到第二路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，單片機(jī)芯片(1)輸出腳[15]、輸出腳[13]連接到第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路兩輸入端，所述的第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)相同，每路均由六只小信號開關(guān)管、兩只單向?qū)ǘO管、四只MOS場效應(yīng)管和一些電阻器、一只電容器組成，所述第一路、第二路和第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路共用兩個(gè)采樣電流電阻器，每路均有一個(gè)輸出電流的電機(jī)相線端；單片機(jī)芯片(1)輸入腳[5]、輸入腳 [6]和輸入腳[7]分別連接到直流無刷電機(jī)的三個(gè)霍爾傳感器信號線端子HU、HV和HW;電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路(4)的三檔切換按鈕K兩端分別與單片機(jī)芯片(1)輸出腳[23]和地端相連接；采樣電流端的采樣電流被運(yùn)算放大器Ul放大后送到單片機(jī)芯片的輸入腳[4]；單片機(jī)芯片(1)輸出腳[16]、輸出腳[10]和輸出腳[19]分別經(jīng)電阻器R24、 R25和似6連接到發(fā)光二極管LED1、發(fā)光二極管LED2和發(fā)光二極管LED3 ；調(diào)速把信號線輸出電路(7)的調(diào)速把信號連接到單片機(jī)芯片(1)輸入腳[8]；在單片機(jī)芯片(1)的設(shè)定檔位寄存器內(nèi)共設(shè)定有第一檔、第二檔和第三檔電流檔；單片機(jī)芯片(1)輸入腳[8]內(nèi)模數(shù)變換器讀取值至A速度寄存器內(nèi)，將手把輸入速度值進(jìn)行調(diào)整后，控制脈沖占空比輸出值，實(shí)現(xiàn)三檔速度調(diào)節(jié)；在單片機(jī)芯片(1)內(nèi)根據(jù)電流實(shí)際值與電流設(shè)定值相比較，通過調(diào)節(jié)信號占空比脈沖，構(gòu)成電動車三檔分流控制器內(nèi)的閉環(huán)電流調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于單片機(jī)芯片(1)共有 28個(gè)腳，其中[28]腳與電源+5伏相連接，[14]腳接地；輸出腳[26]和輸出腳[2]、輸出腳 [17]和輸出腳[11]以及輸出腳[15]和輸出腳[13]分別對第一路、第二路以及第三路MOS 場效應(yīng)管驅(qū)動電路的小信號開關(guān)管提供0伏導(dǎo)通信號或+5伏截止信號；第一路兩上管、兩下管的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接，第二路兩上管、兩下管的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接，第三路兩上管VI、V2的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接，第三路兩下管V3、V4的漏極、門極和源極分別并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于第三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路⑵中的單片機(jī)芯片⑴的輸出腳[15]經(jīng)電阻器R4與小信號的開關(guān)管Q2發(fā)射極相連接，+5伏電源經(jīng)電阻器R2與開關(guān)管Q2基極相連接，開關(guān)管Q2集電極通過結(jié)點(diǎn)B分別與開關(guān)管Ql基極、電阻器Rl —端相連接，電阻器Rl另一端通過結(jié)點(diǎn)A分別與二極管Dl負(fù)極、電容器Cl正極以及開關(guān)管Ql發(fā)射極相連接，二極管Dl正極與電源+15伏相連接，開關(guān)管Ql集電極通過結(jié)點(diǎn)C分別與二極管D2正極、開關(guān)管Q3基極以及電阻器R5 —端相連接， 電容器Cl負(fù)極通過結(jié)點(diǎn)F分別與電阻器R5另一端、開關(guān)管Q3集電極、場效應(yīng)晶體管Vl源極、場效應(yīng)晶體管V2源極以及電機(jī)相線端相連接；二極管D2負(fù)極與電阻器R3 —端相連接， 電阻器R3另一端通過結(jié)點(diǎn)E分別與開關(guān)管Q3發(fā)射極、場效應(yīng)晶體管Vl門極、場效應(yīng)晶體管V2門極相連接，場效應(yīng)晶體管Vl漏極和場效應(yīng)晶體管V2漏極并聯(lián)到+48伏電源；單片機(jī)芯片(1)輸出腳[13]經(jīng)電阻器R8與開關(guān)管Q5發(fā)射極相連接，單片機(jī)芯片(1)的輸出腳[13]又經(jīng)電阻器R9與開關(guān)管Q6基極相連接，開關(guān)管Q5基極連接+5伏電源，開關(guān)管Q5集電極通過結(jié)點(diǎn)G與開關(guān)管Q4基極相連接，并與電阻器R6 —端相連接，電阻器R6 另一端與開關(guān)管Q4發(fā)射極及+15伏電源相連接，開關(guān)管Q4集電極與電阻器R7 —端相連接， 電阻器R7另一端通過結(jié)點(diǎn)I分別與開關(guān)管Q6集電極、場效應(yīng)晶體管V3門極和場效應(yīng)晶體管V4門極相連接；開關(guān)管Q6發(fā)射極接地；場效應(yīng)晶體管V3漏極和場效應(yīng)晶體管V4漏極并聯(lián)后經(jīng)結(jié)點(diǎn)F與電機(jī)相線端相連接，場效應(yīng)晶體管V3源極和場效應(yīng)晶體管V4源極并聯(lián)后連接到采樣電流端和電阻器R10、電阻器Rll并聯(lián)端，電阻器RlO和電阻器Rll另一端并聯(lián)后接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于在直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路3中，三個(gè)霍爾傳感器的電源線正極H+連接+5伏電源，電源線負(fù)極H-連接地端；三個(gè)霍爾傳感器的信號線端子HU、HV和冊分別通過電阻器R15、電阻器R16和電阻器R17與單片機(jī)芯片(1)輸入腳[5]、輸入腳[6]和輸入腳[7]相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于在電動車手把三檔切換按鈕信號檢測電路4中，電動車手把上的三檔切換按鈕K 一端與電阻器R19 —端、電阻器 R18 一端相連接，電阻器R18另一端連接+5伏電源，電阻器R19另一端與電容器C5正極、 單片機(jī)芯片(1)的輸入腳[23]相連接；三檔切換按鈕K另一端和電容器C5負(fù)極共同接地； 電阻器R18為上拉電阻器；電阻器R19和電容器C5共同組成濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于在電流采樣信號放大電路5中，采樣電流端與分壓電阻器R22 —端相連接，分壓電阻器R22另一端與分壓電阻器 R21—端、濾波電容器C6—端相連接后，再連接到運(yùn)算放大器Ul的正極輸入端，分壓電阻器 R21另一端接+5伏電源，濾波電容器C6另一端與電阻器R23 —端相連后共同接地，電阻器 R23另一端與電阻器R20 —端相連接后，再連接到運(yùn)算放大器Ul的負(fù)極輸入端，電阻器R20 另一端與運(yùn)算放大器Ul輸出端及單片機(jī)芯片(1)的輸入腳(4)相連接，運(yùn)算放大器Ul集成電路塊需連接+5伏電源和接地；運(yùn)處放大器Ul的電流放大倍數(shù)等于R20/R23兩電阻值之比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于單片機(jī)芯片(1)的輸出腳[16]經(jīng)電阻器RM與發(fā)光二極管LEDl正極相連接，輸出腳[10]經(jīng)電阻器R25與發(fā)光二極管LED2正極相連接，輸出腳[19]經(jīng)電阻器似6與發(fā)光二極管LED3正極相連接，所述的三個(gè)發(fā)光二極管負(fù)極共同連接到接地端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于在線型霍爾傳感器調(diào)速把信號輸出電路(7)中，“調(diào)速把信號”端與電阻器R27—端、電阻器似8—端相連接，電阻器R27另一端與電容器C7正極及輸入腳[8]相連接，電阻器似8另一端與電容器C7負(fù)極共同接地；電阻器R27和電容器C7構(gòu)成濾波電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車三檔分流控制器，其特征在于在單片機(jī)芯片(1)內(nèi)的設(shè)定檔位寄存器內(nèi)，設(shè)定為一檔時(shí)，電流設(shè)置為30士 1安培，設(shè)定為二檔時(shí)，電流設(shè)置為 20士 1安培，設(shè)定為三檔時(shí)，電流設(shè)置為25士 1安培，通過在控制器的單片機(jī)芯片(1)內(nèi)的電流設(shè)定檔位子程序?qū)崿F(xiàn)電動車三檔電流分流。
全文摘要
電動車三檔分流控制器涉及對直流電機(jī)提供三檔分流電流控制器領(lǐng)域。單片機(jī)芯片的輸出腳[26]、[2]、[17]、[11]、[15]、[13]分別連接到共用兩個(gè)采樣電流電阻器的三路MOS場效應(yīng)管驅(qū)動電路各輸入端，單片機(jī)芯片輸入腳[5]、[6]和[7]分別連接到直流電機(jī)的三個(gè)霍爾傳感器信號端子；三檔切換按鈕K兩端分別連到單片機(jī)芯片輸出腳[23]和地端；運(yùn)算放大器U1放大后采樣電流送到單片機(jī)芯片輸入腳[4]；輸出腳[16]、[10]和[19]分別連三個(gè)發(fā)光二極管；調(diào)速把信號連到輸入腳[8]；在檔位寄存器內(nèi)設(shè)定有三檔電流檔；控制器優(yōu)點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)信號占空比脈沖，構(gòu)成三檔分流控制器的閉環(huán)電流調(diào)節(jié)。
文檔編號B60L15/20GK102501780SQ20111039185
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者史息榮, 史道主, 陳黎 申請人:無錫市晶匯電子有限公司, 無錫愛瑪車業(yè)有限公司