内容发布更新时间 : 2024/4/29 1:06:29星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

图3.4 无刷直流电机霍尔位置传感器接口电路

3.4 刹车电路设计

在电动车中，刹车系统是必不可少的，而且灵敏度也决定了电车的安全性能。电动摩托车刹车时除了机械刹车同时给出了12V的刹车信号，在机械刹车的同时控制器输出应该关闭，否则可能会损坏电机，我们要设计一个电路把刹车信号控制控制器关闭输出，只要把PWM信号输出控制锁定或者速度给定电压给拉低，使得速度给定功率输出为0或者PWM 输出信号失效。

当刹车时同时把速度输入的模拟信号拉低使得速度检测输入为0，当刹车时刹车信号输入电压为12V在稳压二极管D11(1N4734 为5.6V稳压二极管)上的压降约5.6V，通过电阻分压后节点BREK的电压为 3.2V，QB1、QB2 导通使得 COMP 和VCON 拉低。COMP 拉低使得 PWM 输出信号失效使得 MOSFET 关闭控制器无功率输出，VCON的工作是输入信号电压约为0.7V~2.1V所以拉低时约为0.7V所以速度输入也为0，他们都能达到制动的目的。刹车电路如图3.5如示

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图3.5 刹车和速度调节电路

3.5过流保护电路

我们再生活中电动车会经常超负载运行，比如爬行在坡度较大的路段时这样

可能会发生过电流流现象,长此以往这种状态会危害电动机的使用寿命甚至损坏电动机,因为当电机的电流过高时，有烧坏电机的可能，在电动车运行时会很危险，因此需要设计电路来进行过流保护。过流保护电路如图3.6所示。

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图3.6 过流保护电路原理图

当电动机高速旋转时和电动机低速旋转都会出现主电路电流电机“过流”，但它们原因有所不同。因此在电路设计的时候引入一个“硬件过流保护模块”,当超过主电路的电流时,产生过流保护信号,关断功率开关管。通过改变直流侧电压的大小来调节速度,当直流电机带载低速转动或则电机空载高速转动时，其电流会超过额定电流倍甚至更高，这样电路中设计过流保护，就可以防止因电流过大而烧坏电机以及驱动电路。当电机带负载运行时，会出现电流过大的现象，如果电机长期处于这种状态下运转，就会对电机造成较大的损坏，导致电机的寿命缩短，所以，设计电路时，需要对电流进行监测，一旦发生过流现象，就通过软件编程，降低波占空比，从而减小电流。

图3.6所示的LM358是常用的双运放放大电路，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

3.6三相全桥驱动电路

电机的速度是由PWM波控制的，而PWM波是由微控制器产生的。如图3.7所示，在芯片内部波信号是电流调节器产生的电压信号同载波信号作比较产生，用于控制三相逆变电路中各个管的通断。控制波脉冲宽度，波信号占空比随着变化而变化，且两者同向变化，电机的转速随着绕组线圈的电流增大而增大。因此，增大PWM波占空比，就可以增大三相逆变器控制电机电枢上压，电机的转速就会增大。微控制器通过软件编程改变波脉冲宽度，即可改变无刷直流电机电枢上的平均电压，从而实现电机转速调节。电机没一时刻只有两相通电，并且用PWM调制，使之可以控制电机的相电压，三相桥上半桥PWM调制，而下半桥不调制，全时间导通。这样，当三相桥在PWM无效时，可以为电机绕组续六提供条件。三相全桥的优势在于能能控制相电流大小和方向。

其中电机驱动是由6个MOS管组成，实现三相六步控制无刷直流电机的正反转和转速的调节，其中这6个MOS管分别有STM32F103单片机产生的6路PWM

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信号控制。其中三相全桥驱动电路如图3.7所示。

图3.7 三相全桥驱动电路

3.7 过压、欠压保护电路

当电路出现短路或其他故障，电源电压可能很短时间的内出现大幅度下降，这样会给电机以及驱动板造成损害。为避免这种情况出现，我们设计了过压、欠压欠压保护电路。其中欠压、过压电路如图3.9所示。

图3.9 过压、欠压保护电路

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过压保护电压我们可以设定为15v.欠压保护设定为9v，分析后得知我们采用分压方式，这样可以间接获得电枢上的实际电压，把采样电压送到放大器LM258，最后送到单片机进行电压采样。这样当电机电枢电压低于9V时，电机就会停止工作。电机电枢电压高于时15V，电机会自启动，电机又始工作。当电源电压过高时，一旦电压超过，此时采样信号会送到芯片，控制器会停止输出波，从而起到保护电机和控制板作用。当直流电机转动,可以通过电流检测信号反馈给 STM32 ，这样可以得到电流反馈和完成电路保护。STM32 还监控调速系统的运行状态，当系统出现短路﹑过压，过流等故障时及时封锁PWM 信号，使电机停止工作，并产生报警。

硬件电路是控制系统的基础和前提,所有的控制程序都是编写在硬件电路的基础上。位置信号检测电路能保证电机正确换相,电流检测结果的准确性是正常运转的前提，同时它也是确保硬件过电流保护起作用的条件,在电流检测电路中,我们要合理选择了放大器的反馈电阻值,当过电流现象发生时,电流采样值在左右,经过比较器会得到一个低电平信号,这样就可以成功实施硬件保护。 本章根据电机控制系统硬件设计总体需求，搭建了为核心的硬件平台。基于平台，设计电机驱动主电路、调速电路、过压、欠压、过流保护等电路，实现了电机恒转速控制。

4系统软件设计

由于控制算法中无法预知摩托车载重量、道路情况天气状况等需许多因素都会影响电动摩托车的速度。在输入一定的功率时会有不同的速度输出，根据P=FV可知，当载重量很大时摩擦力也会很大，由于功率一定，那么速度就小，同样当载重量小时摩擦力小则速度就大。通过上面的说明我们可知不适合选择对速度加以严格的控制，所以我们采用查表的方式在某一个调速转把电压输入域内对应一个占空比固定的PWM输出达到控制的目的。

控制系统工作的过程可以简单描述为，通过上位机软件发送命令给微处理器，实现电机的启动、停止、正转、反转、调速。微处理器根据命令来控制驱动

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