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電動(dòng)車商情 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2005-2-21
第三節(jié) 控制器可靠性及質(zhì)量判斷 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)自行車用有刷無刷控制器普遍采用PWM調(diào)速方式,控制器內(nèi)部必需要PWM發(fā)生器電路,另外還有電源電路,功率器件,功率器件驅(qū)動(dòng)電路,控制部件(轉(zhuǎn)把、剎把、電機(jī)霍耳等)信號(hào)采集與處理電路,過流與欠壓等保護(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)功率器件的篩選老化,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)部的變頻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。在電動(dòng)自行車無刷控制器中由于有了PWM信號(hào),就可以直接從電機(jī)換相的交流信號(hào)中取出頻率信號(hào)進(jìn)行倍壓整流,用于無刷控制器的上三路功率管的驅(qū)動(dòng),這樣從電路原理上分析,有以下幾點(diǎn)好處:1、降低驅(qū)動(dòng)功率損耗,2、簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路,3、使用無源電路直接有效的提高驅(qū)動(dòng)電路的可靠性。4、可以根據(jù)用戶需要,很靈活地實(shí)現(xiàn)剎車對(duì)電機(jī)的電制動(dòng)功能。 B、對(duì)于控制器內(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)成多路獨(dú)立供電方式,這樣既可以防止局部電路(轉(zhuǎn)把、剎把、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;谝陨峡紤],并降低電源自身的功耗,提高電源的轉(zhuǎn)換效率,可以采用DC-DC模塊(直流變換器)來實(shí)現(xiàn)。由于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),這樣在提高控制器的整體效率,降低控制器的運(yùn)行溫度方面有著線性穩(wěn)壓器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)?傊谟兴⒒驘o刷控制器的電路中,由于控制器內(nèi)部電源擔(dān)負(fù)著模塊電路與電動(dòng)車外圍控制器件的供電,因此控制器內(nèi)部電源的可靠性就相當(dāng)重要了,這樣不但能提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)也避免了在整車裝配過程中由于誤操作而損壞控制器。 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,第三是盡量減少無用功消耗,第四是充分考慮到控制器的散熱。如果采用無功消耗的功率管驅(qū)動(dòng)方案,加上高效率的DC-DC電源模塊,可以將控制器的工作電流降低到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)的小阻值大功率電阻器件屬于控制器的功率器件之一,電流采樣電阻的功率消耗屬于無用功消耗,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)速與電機(jī)電流的絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速來監(jiān)測(cè)電機(jī)電流,從而達(dá)到控制電流的目的。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是,一定要有電機(jī)堵轉(zhuǎn)和換相信號(hào)丟失或錯(cuò)相監(jiān)測(cè),以免控制器功率管擊穿或電機(jī)短路時(shí),電流得不到控制。由于控制器直接讀取轉(zhuǎn)速電流,不但可以對(duì)過流保護(hù)或減流保護(hù)控制的非常精確,還可以利用轉(zhuǎn)速信號(hào)與轉(zhuǎn)把信號(hào)和電池電壓信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,判斷出電機(jī)是出于什么樣的負(fù)載情況下運(yùn)行。如果是無刷電機(jī),控制器可以針對(duì)不同的負(fù)載情況與不同的轉(zhuǎn)速信號(hào),選擇最優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)方案,這在優(yōu)化了無刷控制器與電機(jī)負(fù)載的全功率匹配的同時(shí)也提高了無刷控制器的可靠性。 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:連接可靠,防水,防塵,抗震,防氧化,防磨損;谝陨弦螅妱(dòng)車連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)的接插標(biāo)準(zhǔn),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、控制器實(shí)時(shí)保護(hù)功能對(duì)控制器可靠性的作用 對(duì)于控制器的欠壓保護(hù)功能,保護(hù)的是電池,過流保護(hù)功能不但保護(hù)了電機(jī),還保護(hù)了控制器本身,這是控制器最基本的保護(hù)功能。如果控制器只具有欠壓與過流(或限流)保護(hù)功能,實(shí)際上是把對(duì)電機(jī)的所有保護(hù)功能全部轉(zhuǎn)化成過流(或限流)保護(hù)功能,這樣對(duì)在復(fù)雜工況下使用的電動(dòng)車電氣系統(tǒng)來說,其設(shè)計(jì)可靠性就很低了。對(duì)于無刷電機(jī)控制器,由于輸入控制變量與控制器使用的功率器件比較多,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)完善與相當(dāng)靈活的保護(hù),這些保護(hù)功能可以有:過流保護(hù)、減流保護(hù)、低電流過載保護(hù)、電機(jī)換相信號(hào)錯(cuò)誤保護(hù),在沒有過流的情況下電機(jī)堵轉(zhuǎn)直接保護(hù)等。無刷控制器通過直接讀取各種控制信號(hào),進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或保護(hù),這種就可以大大提高無刷控制器的設(shè)計(jì)可靠性。從批量使用的效果來看,采用實(shí)時(shí)控制與保護(hù)技術(shù)的無刷控制器返修率可以控制在千分之二以內(nèi)。 (未完待續(xù)) |
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