控制器原理及可靠性（二）

www.guilinhy.com 來源：電動車商情　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-2-21

第三節控制器可靠性及質量判斷 1、電動車控制器的實現方式與組成部分目前電動自行車用有刷無刷控制器普遍采用PWM調速方式，控制器內部必需要PWM發生器電路，另外還有電源電路，功率器件，功率器件驅動電路，控制部件（轉把、剎把、電機霍耳等）信號采集與處理電路，過流與欠壓等保護電路。 2、影響控制器可靠性的因素控制器的失效，從表現形式來看，一般有以下幾種，1）功率器件損壞；2）控制器內部供電電源損壞；3）控制器工作時斷時續。4）連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號丟失。針對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：電機損壞引起的，功率器件本身的質量差或選用等級不夠引起的，器件安裝或振動松動引起的，電機過載引起的，功率器件驅動電路損壞或參數設計不合理引起的。 B、控制器內部電源損壞，一般有以下幾種可能：控制器內部電路短路，外圍控制部件短路，外部引線短路。 C、控制器工作起來時斷時續，一般有以下幾種可能：器件本身在高溫或低溫環境下參數漂移，控制器總體設計功耗大導致某些器件局部溫度過高而使器件本身進入保護狀態，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，對線材的保護不完備，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車控制系統可能發生故障點以后，有針對性的可靠性設計就有了目標。 A、首先是功率器件的型號，品牌，產地與供應商的選擇，然后對功率器件的篩選老化，以上兩點是提高功率器件可靠性前提。在此基礎上，對功率器件安裝工藝的設計和對功率器件驅動電路的設計才有意義。對無刷電機控制器而言，一般上三路功率管的驅動比較復雜，目前大多數廠家采用專用驅動芯片驅動。專用驅動芯片的不足之處是價格較高，內部的變頻電路采用了有源電路，轉換效率偏低，其主要的應用場合是在周圍電路完全沒有交流電存在情況下，利用其內部電路完成變頻、升壓與整流。在電動自行車無刷控制器中由于有了PWM信號，就可以直接從電機換相的交流信號中取出頻率信號進行倍壓整流，用于無刷控制器的上三路功率管的驅動，這樣從電路原理上分析，有以下幾點好處：1、降低驅動功率損耗，2、簡化驅動電路，3、使用無源電路直接有效的提高驅動電路的可靠性。4、可以根據用戶需要，很靈活地實現剎車對電機的電制動功能。 B、對于控制器內部電源，為了防止控制器內部或外部短路對電源的損壞，同時也是出于對電源自身的保護，可以把電源設計成多路獨立供電方式，這樣既可以防止局部電路（轉把、剎把、電機傳感器等）發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。基于以上考慮，并降低電源自身的功耗，提高電源的轉換效率，可以采用DC-DC模塊（直流變換器）來實現。由于DC-DC模塊的負載能力強，自身的功率損耗相當低（不到0.1W），這樣在提高控制器的整體效率，降低控制器的運行溫度方面有著線性穩壓器無可比擬的優點�？傊�，在有刷或無刷控制器的電路中，由于控制器內部電源擔負著模塊電路與電動車外圍控制器件的供電，因此控制器內部電源的可靠性就相當重要了，這樣不但能提高整個控制系統的可靠性，同時也避免了在整車裝配過程中由于誤操作而損壞控制器。 C、要克服控制器對溫度的敏感，第一是選擇溫度系數好的元器件，第二是從設計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動方案，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，在電動車控制器里，用于采樣電流信號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，降低控制器的運行溫度，可以利用電機的轉速與電機電流的絕對對應關系，通過檢測電機轉動轉速來監測電機電流，從而達到控制電流的目的。其中涉及的關鍵技術點是，一定要有電機堵轉和換相信號丟失或錯相監測，以免控制器功率管擊穿或電機短路時，電流得不到控制。由于控制器直接讀取轉速電流，不但可以對過流保護或減流保護控制的非常精確，還可以利用轉速信號與轉把信號和電池電壓信號的對應關系，判斷出電機是出于什么樣的負載情況下運行。如果是無刷電機，控制器可以針對不同的負載情況與不同的轉速信號，選擇最優化的驅動方案，這在優化了無刷控制器與電機負載的全功率匹配的同時也提高了無刷控制器的可靠性。 D、由于電動車電氣系統信號的傳輸是用連接線束來完成的，出于提高電動車整車的可靠性和提高控制器本身的可靠性出發，對電動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。基于以上要求，電動車連接線束與接插件要有完備的防護套，接插件一定要達到汽車級的接插標準，因為電動車的使用環境從某種意義上講，比汽車的使用環境還要惡劣。 4、控制器實時保護功能對控制器可靠性的作用對于控制器的欠壓保護功能，保護的是電池，過流保護功能不但保護了電機，還保護了控制器本身，這是控制器最基本的保護功能。如果控制器只具有欠壓與過流（或限流）保護功能，實際上是把對電機的所有保護功能全部轉化成過流（或限流）保護功能，這樣對在復雜工況下使用的電動車電氣系統來說，其設計可靠性就很低了。對于無刷電機控制器，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對控制系統完成相當完善與相當靈活的保護，這些保護功能可以有：過流保護、減流保護、低電流過載保護、電機換相信號錯誤保護，在沒有過流的情況下電機堵轉直接保護等。無刷控制器通過直接讀取各種控制信號，進行實時處理或保護，這種就可以大大提高無刷控制器的設計可靠性。從批量使用的效果來看，采用實時控制與保護技術的無刷控制器返修率可以控制在千分之二以內。 (未完待續)