献给电动车DIY-控制器设计制作,兼回宝库老房胡屠玩童等网友

房老

[这个贴子最后由房老在 2003/02/23 10:52pm 编辑]

辐射对控制器的干扰应该引起重视。小功率的我没有经验，我的控制器是400w以上的，就应该得辐射高度重视，通过电源线、电机线的干扰很容易造成控制器的损害。特别是整车线束的设计也应该把降低辐射的问题考虑进去，因为实践中我遇到过线束不合理而造成控制器损害的情况。
IR2000系列的驱动电路在电源电路中因为高低两侧电位差的问题存在，所以其优势是非常明显的，在电动车的电路里使用分离元件只要设计得当完全可以代替它，这样可以有效的降低成本。

房老

[这个贴子最后由房老在 2003/02/23 11:06pm 编辑]

控制器的讨论ZTX先生开了个好头，还真希望有兴趣的网友跟贴讨论共同提高。谢谢ZTX。
顺便说一下：RCD的吸收回路虽然在电源电路中广泛使用并有成效，但在控制器的使用中绝不能照搬。

ztx

频率问题,以前我在一篇贴子里表明了我的观点,越低越好(以可接受的振动和电磁噪音为准),只说了两点理由,对续流二极管可降低要求,这样易购价低.其实,重要的原因还有,有刷直流电机用直流供电效率最高,频率越高效率越低.还有, 大功率场效应管的开关热损, 频率越高热损越大.管子越热,各种指标越差,例如耐压和导通电阻大打折扣.楼上胡屠的意见也有这方面的内容.
过去的贴子中,人们引用开关电源知识和结论的不少,我认为有相同之处,例如PWM可减少功耗(相对串联电阻调速而言),可以使用动作快的保护电路等.但忽视了其不同,如提高频率, 开关电源可减少漆包线的圈数,减小铁心的体积,减小滤波器的体积等,这和电动车控制器是大大的不同.例如频率和占空比,电流变化,开关电源变化范围远没有电动车控制器的大.再如,开关电源也就正激,反激,单端,推挽,和电动车的重点几乎风马牛.因此,我建议大家多考虑他们的不同,不要教条.
电动车专用电路芯片远远没有开关电源的多,技术含量和成熟度也远远没有开关电源的多,价格和易购方面也没有大的选择性,我们这些电动车爱好者只能有什么武器打什么仗.

ztx

今天好热闹,我正写着就有好几位资深的网友以现身实践参与了技术切磋.好,好,好,痛快.
保护问题,实践证明,无论欠压还是过流保护电路,动作之时极易造成大功率场效应管损坏,我个人分析其根本原因有:1,设计缺陷造成大功率场效应管在一个PWM周期中附加了不能迅速开通及关闭大功率场效应管的脉冲,使大功率场效应管通过放大区的时间太长,功耗剧增造成热损坏.2, 大功率场效应管在流经大电流时,迅速关断,电机电感和漏感储存的巨大能量释放造成过压,击穿大功率场效应管(所谓冷损坏).如此巨大的能量释放,用开关电源的简单RCD吸收,几乎无用(我在示波器上观察过).3,其他原因也有,如器件选择配对,调试等.
解决的方法可对症下药,如改进供电,使用施密特电路(也叫洄滞电路),锁存电路,科学筛选器件等.

房老

辐射干扰在一定条件下回形成影响FET功率管开关的脉冲，跌加的脉冲会造成功率管在未完全关闭是强行打开或反之的情况。负脉冲的存在有可能造成栅极相对源极的负电位，这是场效应管的致命的损害，除了专用芯片外使用电源芯片是就要注意占空比1000%的问题。否则功率管的损耗会致控制器于死地。
考虑到低频时场效应管自身损耗的问题，本人认为频率还是选在10-15KH之间为好。

胡屠

[这个贴子最后由胡屠在 2003/02/24 06:17am 编辑]

杀猪的想，这样的讨论才真的象个技术论坛的样子。根据上面的帖子，杀猪的发表一点自己的看法。
1。不论有刷还是无刷的控制，PWM的频率应按ztx提出的原则来设计，即可接受的振动和电磁噪音为准，观点是为减小电机绕组的集肤效应和降低MOSFET的开关功耗，使电机和控制器的效率都处于较高。ztx的大多数观点杀猪的同意，唯一一点是“对续流二极管可降低要求”的说法杀猪的持保留意见。杀猪的以为续流二极管的速度应该与MOSFET的关断速度相匹配才行。如果续流二极管的速度比MOSFET的关断慢的话，必然会出现关断高压，对MOSFET不利。正如ztx所说，开关电源的频率提高可以降低体积，即单位容量增加，与电机而言，没有这样的关系。
2。RCD的选择：RCD可以说不适合电动自行车，原因是电容的成本太高。这里的电容是一种叫“Surbber”的浪涌吸收无感电容，同时要求快恢复二极管的速度够要快，这两者的价格很高，尤其是前者，在十几元到几十元之间。
3。MOSFET的驱动是电压驱动，因此决定了它的抗干扰能力要比GTR差，因此驱动电路的净化必须重视的，不然房老说的现象会带来莫名其妙的故障损坏。
作为有刷控制器，由于是单一的驱动，完全可以用三极管设计驱动电路。只是在设计时要注意前后级的搭配，尤其是三极管的速度，建议认真考虑。前级可以采用9018之类的小信号设频管，后级推挽建议采用2N2222与2N2907组成推挽。因为用9013和9012组成的推挽延时将达到几个微秒，且耐压偏低，对浪涌的承受能力较差。
无刷控制器，由于多路驱动，尤其是高端驱动的存在，如用三极管设计，电路很复杂。如高端用P沟道，换相动作慢，将达到1mS作用，如采用N沟道，需要另加高端驱动电源，且驱动电路更复杂。建议采用IR2000系列专用高低端驱动器。如上面有人所说，用MC33035时采用IR2103，只是要注意两者之间的搭配。由于MC33035是高端作为换相低端作为PWM调制，正常情况下高端一直处于驱动状态，即使低端还未进入PWM，因此在初始化时，需想办法先将高端驱动电源泵上去，因为IR2103不同于IR2110有高端欠压保护。如没有特殊的设计，在稍长的堵转情况下，高端驱动电源电压会跌落造成MOSFET烧坏。
4。无刷控制芯片MC33035：无可厚非，绝大多数无刷控制器厂家选择了MC33035作为控制核心。然而杀猪的在对几家有名气的产品测试后发现一些问题，在这里提出来供大家参考。
1）。过流处理不当：MC33035本身有过流检测电路，也能实现“Cycle–By–Cycle Current Limiting”功能。然而这个过流输入口极易受MOSFET导通时电流谐振的负电流影响，换句话说，当电流检测口9脚出现负压时，芯片出现故障报警而无法正常运行。因此，一些厂家就采用外部电流比较电路，当出现过流时将使能口7脚拉低关断MOSFET。这样就丢失了MC33035对过流处理的初衷，使得过流时开关频率增大，造成了无刷电机爬坡能力不强，控制器容易烧毁的现象。
2）。换相处理不够好：MC33035在换相时未进行优选。比如ST的ST72141，fairchild的ML4425都是在换相前让绕组电流率减到最低。而MC33035在换相时，新的一相工作时原来工作绕组的电流还未率减，因此在换相后原工作绕组的电流要在2～3mS内才能续流率减完，这使得换相后出现瞬间负转矩或者换相后2～3mS出现转矩再生过程，这就影响了电机的出力。
3）。刹车制动：MC33035有一个制动控制口，制动的原理本来是极为可取的，即通过反电动势（BEMF）产生电流制动。这种工作方式是在制动时高端关断，低端导通使反电势产生电流，形成制动转矩，属于能耗制动。电机转速越高，制动电流就越大。由于MC33035在制动过程中不对低端进行PWM调制，因此在电机高速时制动冲击大，同时容易烧毁MOSFET。所以用MC33035开发的产品也就只能停留在刹车掉电的水平上，既不能制动更不能实现制动时能量反馈回电瓶。
4）。功能欠缺：由于MC33035是一片不具备微控制器内核的模数混合芯片，因此无法进行第二次开发，所以象短路保护，自动巡航等功能是无法实现的。
    杀猪的以为，用MC33035开发出来的控制器因该是一个低效率低性能的产品，也许正是它在电动自行车无刷控制器中的广泛使用，才使得本来该有很大优势的无刷电机电轮毂变成了一个软弱无力的被嘲笑对象，就如张飞吃了巴豆一般。
哈哈哈哈，杀猪的胡言乱语，贻笑大方。

房老

关于频率的问题，本人从1000h至20kh的曾做过实验，情况在以前的帖子里谈过，所以自己制作控制器频率还是选定在10-15kh为好，既能有效的防止抖动、消除电机躁声，也能够发挥功率管的效率。

水穷云起

无刷控制器用单片机较好，但驱动是导致故障率居高不下的主要原因，为何变频器无此问题？
我司有刷控制器年返修率在1%以下，但有刷控制器年返修率却达到5%，请问有无高人能解决此问题？重酬！

崔工

車輛電磁相容性(EMC)簡介
一、什麼是電磁相容性？
首先我們應該瞭解幾個名詞及定義：
電磁干擾(EMI, Electromagnetic Interference)：任何可能會降低某個裝置、設備或系統的性能，或可能對生物或物質產生不良影響之電磁現象。一般而言，電磁干擾又可以區分為輻射干擾與傳導干擾二種。
電磁耐受(EMS, Electromagnetic Susceptibility)：某一裝置、設備或系統在電磁環境之下，其性能不會造成劣化的程度。
電磁相容性(EMC, Electromagnetic Compatibility)：某一設備或系統在電磁環境之下可以正常的運作，而且不對此環境中的任何設備產生難以忍受的電磁干擾之能力。
而將這個解釋套用在車輛上，電磁干擾(EMI)是指車輛上的各種電器及電子零件在正常運轉狀態下，發射出電磁能量而影響到其他物體；電磁耐受(EMS)則是指車輛在正常運轉狀態下，其性能不會受到外界電磁能量影響而產生明顯變化(例如無預期加速)的能力。
二、車輛電磁干擾測試之相關規定
(一)量測時之車輛狀態
1.內燃機車輛
引擎應在正常工作溫度下依表1中之轉速運轉，若裝有齒輪箱時，應設定在空檔。
表1 - 內燃機車輛之量測條件
汽缸數量測轉速
一個汽缸2500 rpm±10 %
一個汽缸以上1500 rpm±10 %
2.電動車輛
行駛狀態
目前國際間各項法規或標準中對於電動車輛行駛狀態下電磁干擾之量測條件並未統一，如表2中所示。量測時車輛應以定速在無負載的車體動力計或軸支架上行駛。

表2 - 各法規、標準中之電動車輛量測條件
法規/標準量測條件
97/24/EEC製造商宣告馬達最大工作馬力的四分之三
CISPR 12定速20 km/h
SAE J551-516至64 km/h間產生最大輻射干擾之速度
CNS 14386-10定速20 km/h
充電狀態：關閉電門，連接充電接頭，應分別量測輻射干擾與傳導干擾。
3.燈光儀表及其他車輛配備：開啟電門，引擎或馬達不運轉，其他各項電器裝置正常運作。
(二)車輛電磁干擾之限制值
一般電磁干擾的限制值大小是由產品的使用環境所決定的，而與產品本身的特性無關。一般區分為住宅、商業及輕工業環境，重工業環境。對車輛而言，由與使用的環境並無特殊限制，所以應該適用較為嚴格的住宅、商業及輕工業環境之限制值。
三、車輛電磁耐受測試之相關規定
(一)量測時之車輛狀態
1.車輛的引擎應正常地帶動驅動輪以50 km/h的穩定車速運轉。車輛應在設定適當阻力的車體動力計上行駛，若沒有車體動力計時可使用與地面間隙最小且絕緣的軸支架。若可以的話，傳動軸應不連接。
2.頭燈應設定在近光燈；方向指示燈應設定在左轉或右轉的操作位置；所有會影響到車輛駕駛操控裝置的其他系統應處於正常的操作狀態。
(二)車輛電磁耐受之判定基準
車輛承受高於基準限制值25 %場強(單位V/m)時，應能符合下述之條件：
車輛驅動輪速度沒有異常的變化；
沒有會造成其他道路使用者困擾的性能劣化；
駕駛及其他道路使用者不可看到任何駕駛操控裝置有劣化的情形。