技術(shù)園地：論電動(dòng)自行車控制器可靠性

　　1、電動(dòng)車控制器的實(shí)現(xiàn)方式與組成部分：目前電動(dòng)自行車用控制器，不管有刷無(wú)刷，普遍采用PWM調(diào)速方式。控制器內(nèi)部必須要有PWM發(fā)生器電路，還要有電源電路，功率器件，功率器件驅(qū)動(dòng)電路，控制器件驅(qū)動(dòng)電路，控制部件（轉(zhuǎn)把、閘把、電機(jī)霍耳等）信號(hào)采集單元與處理電路，過(guò)流與欠壓等保護(hù)電路。

2、影響控制器可靠性的因素：控制器的失效，從表現(xiàn)形式來(lái)看，一般有以下幾種：

1）、功率器件損壞；
2）、控制器內(nèi)部供電電源損壞；
3）、控制器工作時(shí)斷時(shí)續(xù)；
4）、連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號(hào)丟失。

針對(duì)以上失效形式的起因分析如下：

　　A、功率器件的損壞，一般有以下幾種可能：電機(jī)損壞引起的；功率器件本身的質(zhì)量差或選用等級(jí)不夠引起的；器件安裝或振動(dòng)松動(dòng)引起的；電機(jī)過(guò)載引起的；功率器件驅(qū)動(dòng)電路損壞或參數(shù)設(shè)計(jì)不合理引起的。

　　B、控制器內(nèi)部電源的損壞，一般有以下幾種可能：控制器內(nèi)部電路短路；外圍控制部件短路；外部引線短路。

　　C、控制器工作起來(lái)時(shí)斷時(shí)續(xù)，一般有以下幾種可能：器件本身在高溫或低溫環(huán)境下參數(shù)漂移；控制器總體設(shè)計(jì)功耗大導(dǎo)致某些器件局部溫度過(guò)高而使器件本身進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；接觸不良。

　　D、連接線磨損及接插件接觸不良或脫落，一般有以下幾種可能：線材選擇不合理；對(duì)線材的保護(hù)不完備；接插件的選型不好；線束與接插件的壓接不牢。

3、提高控制器的可靠性的方案：了解電動(dòng)車控制系統(tǒng)可能發(fā)生故障點(diǎn)以后，有針對(duì)性的可靠性設(shè)計(jì)就有了目標(biāo)。

　　A、首先是功率器件的型號(hào)，品牌，產(chǎn)地與供應(yīng)商的選擇，然后對(duì)功率器件的篩選，以上兩點(diǎn)是提高功率器件可靠性前提。在此基礎(chǔ)上，對(duì)功率器件安裝工藝的設(shè)計(jì)和對(duì)功率器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)才有意義。對(duì)無(wú)刷電機(jī)控制器而言，一般上三路功率管的驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜，目前大多數(shù)廠家采用專用驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)。專用驅(qū)動(dòng)芯片的不足之處是價(jià)格較高，內(nèi)部的變電路采用了有源電路，轉(zhuǎn)換效率偏低，其主要的應(yīng)用場(chǎng)合是在周圍電路完全沒(méi)有交流電存在情況下，利用其內(nèi)部電路完成變頻、升壓與整流。

　　B、對(duì)于控制器的內(nèi)部電源，為了防止控制器內(nèi)部或外部短路對(duì)電源的損壞，同時(shí)也是出于對(duì)電源自身的保護(hù)，可以把電源設(shè)計(jì)成獨(dú)立供電方式，這樣既可以防止局部電路（轉(zhuǎn)把，閘把、電機(jī)傳感器等）發(fā)生短路而燒壞控制器，又可以防止電源電壓異常升高而擊穿外部器件�；�于以上考慮，可以采用DC——DC模塊的負(fù)載能力強(qiáng)，自身的功率損耗相當(dāng)?shù)停ú坏?.1W），這在提高控制器的整體效率，降低控制器的運(yùn)行溫度方面有著線形穩(wěn)壓器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

　　C、要克服控制器對(duì)溫度的敏感，第一是選擇溫度系數(shù)好的元器件，第二是從設(shè)計(jì)上降低各模塊電路的功率消耗，第三是盡量減少無(wú)用功消耗，第四是充分考慮到控制器的散熱。如果采用無(wú)功率消耗的功率管驅(qū)動(dòng)方案，加上高效率的DC—DC電源模塊，可以將控制器工作電流降低到30mA以下。在這里需要解釋一下的是，在電動(dòng)車控制器里，用于采樣電流信號(hào)的阻值大功率電阻器件屬于控制的功率器件之一，電流采樣電阻的功率消耗屬于無(wú)用消耗，應(yīng)該算控制器功率損耗的一部分，要減小控制器的功耗，降低控制器的運(yùn)行溫度，可以利用電機(jī)的轉(zhuǎn)整與電機(jī)電流的絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流，從而達(dá)到控制電流的目的。

　　D、由于電動(dòng)車電氣系統(tǒng)信號(hào)的傳輸是用連接線束來(lái)完成的，出于提高電動(dòng)車整車的可靠性和提高控制器本身的可靠性出發(fā)，對(duì)電動(dòng)車連接線束與接插件的要求是：邊接可靠，防水，防塵，抗震，防氧化，防磨損。基于以上要求，電動(dòng)車邊接線束與接插件要有完備的防護(hù)套，接插件一定要達(dá)到汽車級(jí)的接插要求，因?yàn)殡妱?dòng)車的使用環(huán)境從某種意義上講，比汽車的使用環(huán)境還要惡劣。

4、對(duì)于無(wú)刷電機(jī)控制器，由于輸入控制變量與控制器使用功率器件比較多，控制器可以利用各種輸入信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善的與想當(dāng)靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以有：過(guò)流保護(hù)、減流保護(hù)、低電流過(guò)載保護(hù)，電機(jī)換相信號(hào)錯(cuò)誤保護(hù)以及在沒(méi)有過(guò)流的情況下電機(jī)堵轉(zhuǎn)直接保護(hù)等。無(wú)刷控制器通過(guò)直接讀取各種控制信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或保護(hù)，這種方法就可以大大提高無(wú)刷控制器的設(shè)計(jì)可靠性。