DIY电动自行车调速器

　　电动自行车电气部分的四大部件是：电机、蓄电池、充电器、调速控制电路。而调速器则是用于控制120W有刷电动轮毂，是目前应用较为广泛的一种调速器。其特点是：配合先进的霍尔传感器转把进行PWM脉宽调制调速，效率高，运行平稳；完善的蓄电池放电监控制保护；完善的制动保护，刹车制动自动断电；电路简单，维修方便。该调速器所用元器件均为常规器件，而且调试比较简单，非常适合电子爱好者自制。
　　
　　 其整个电路由电源电路、调宽脉冲产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电保护电路四部分组成。主要功能一是调节速度，二是对蓄电池放电进行监控。见下图。

 

　　电源电路由U2(LM317)、R4、R5、D2等元件组成，从36V蓄电池得到+12.8V和-2.0V电压，给控制电路供电。正电源VCC=1.25(R4+R5)/R5-2.0=12.8V，负电源由2V稳压管D2得到。调节R4或R5，可校准+12.8V电源。
　　
　　调宽脉冲产生电路以脉宽调制器TIA94为核心组成。R3、C3与内部电路严生振荡，频率为1/(0.817R3C3+1.42×10的-6次方)=12kHz。H是速度控制转把，其实质是一个霍尔传感器。当转把由松开到旋紧时，其输出端可得到4.1V～0.9V的电压。该电压经D3与负电源VEE叠加后，送到TLA94的死区控制端④脚，控制TLA94内部的PWM比较器，在⑩脚得到调宽脉冲输出。由TLA94内部电压越低，⑩脚输出的调宽脉冲高电平部分越宽，电机转速越高。
　　
　　用TLA94的死区控制端④脚作为PWM的调宽控制端、是该电路的一个显示著特点，不同于TLA94的常规应用。常规应用中，④脚一般用作各种保护信号的输入端、是该电路的一个显著特点，不同于TL494的常规应用。常规应用中，④脚一般用作各种保护信号的输入端。由于TLA94的④脚控制的比较器有一个0.2V基准电压，为了得到近100%的最大占空比输出，④脚必须接一负电压。这就是设置负电源VEE的原因。
　　
　　改变R13，可使霍尔调速转把松开时电机刚好停转，而旋紧时又能获得最高转速。
　　
　　电机驱动电路由三极管Tl、T2、T3、T4等元件组成。电机MOT为120W稀钍永磁有刷直流电机，只有电枢绕组、无励磁绕组。TLA9410脚输出的调宽脉冲，经T2跟随放大后驱动NMOS功率场效应管Tl(IRF540)。10脚调宽脉冲高电平部分越宽，则Tl导通时间越长，转速越高。Dl是电机续流二极管，防止Tl因过高的感应电压而击穿。T3、T4、R2组成有源泄放电路，加速Tl的截止过程，对降低Tl功耗有着十分重要的作用。
　　
　　蓄电池放电监控电路由R8、R9、Rl0、D4等元件组成。TIA94内部的运放1用作蓄电池放电监控保护，防止蓄电池过放电。+5V基准电压由R8、R9分压，加到TIA94内部运放1的同相输入端①脚。蓄电池电压由R6、R7、RW1分压，加到TLA94内部运放1的反相输入端②脚。当蓄电池放电压到31.5V(这是蓄电池限定的最低放电电压)时，①脚电位高于②脚，TLA94的③脚输出高电平，二极管D4导通，锁定该状态。此时TIA94内部调宽脉冲输出管截止并使三极管Tl、T2截止、电机停止运转、蓄电池停止放电进入保护状此时发光二极管D6点亮、指示欠压状态。RW1用于设定电池欠压保护点电压。
　　
　　当刹车制动时，前刹或后刹开关接通，5V电压加到TL494的死区控制端④脚使10脚无调宽脉冲输出，Tl截止，电机停转，实施制动保护。
　　
　　上图所示为印制电路板，外形尺寸52×73.5平方毫米。元件排列见下图。
　　
　　说明：接插件Pl、P2、P3、P4电路图中没有明确标示，其中Pl接欠压指示灯D6，P2接刹车制动开关，P3接霍尔传感器转把，P4接蓄电池和电机。另外，电机续流二极管Dl、NMOS功率场效应管Tl焊接在印制电路板的焊接面，并用60×80×2立方毫米的铝板压紧、作散热和固定用。

　　元器件参数选取见下表。需要特别说明的是，电机续流二极管Dl要选用肖特基二极管，不能用普通快恢复二极管。否则会产生很大的导通损耗、发热严重。