1.4 图解控制器结构

控制器是电动自行车上的一个重要部件，其作用是对直流电机（马达）的速度进行适时调控。控制器组件的核心是一个脉宽调制器（PWM），功能齐备的控制器同时还应该具有电机过流保护、刹车断电、蓄电池欠压保护、电量及相关状态显示等功能。控制器按其控制电机功率的大小，有大、中、小功率之分，普通电动自行车大多使用小到中功率的控制器。

电动自行车使用的控制器，根据电机的性质区分，一般分为有刷、无刷两个类型。有刷控制器无需改变电机的电流方向，因为有刷电机是靠换向器（整流子）来保证转子与固定部分磁场连续一个方向的引力或排斥力的，换向器的主要构成是电刷；而无刷控制器则要通过霍尔传感器（或光电传感器）确定转子磁场位置，适时改变电机线圈的电流方向以保持动力，因此无刷控制器采用晶体管无触点开关控制，实际应用中多见两类，一类是以单片机为核心控制，另一类是以专用芯片为核心控制。

值得一提的是： 现在生产的新型电动自行车，基本上都采用无刷电机作动力驱动，其目的是为了消除电刷的磨损、减少故障率，以及避免电刷接触所产生的噪声。由此可见，无刷电机的实际应用效果要好于有刷电机，这也是无刷电机普及的根本原因。

对控制器进行维修，通常是在确认电动自行车外部无其他异常、可能就是控制器故障时才打开控制器检查电路。拆解一个控制器，首先弄清楚其性质、功能、配套电机及连接关系十分重要，各种品牌的控制器，其电路设计、元件应用、组装形式等，可能会有一些差异，但只要平时多拆解典型产品、积累资料，就可以触类旁通地熟悉并实施维修。从维修实例看，无刷控制器相对有刷控制器，其电路构成要复杂一些，维修的难度也稍大，具体操作时应该引起重视。

图1-4-1所示是有刷控制器方框原理图，从中可以看出，转把由控制芯片TL494提供5V供电，其调速指令反馈到芯片后，与三角波混合进行脉宽调制，然后经倒相推动到功率控制电路，由该电路适时对电机完成转速的控制调整。其刹把也是通过控制芯片达到刹车断电的目的的，欠压保护同样要经控制芯片完成相应功能。另外，控制器还提供整车相关电器的供电、电池电量的显示以及驱动电流取样调整等。

图1-4-2所示是无刷控制器方框原理图，可以看到该类控制器中有5V、15V两组电源，分别为主控芯片CY8C24423、场效应管驱动电路以及整车的相关控制电路供电。无刷控制器的转把调速、刹车断电、电能利用以及电池电压、工作电流等的控制、显示，是通过功能模块处理后，再由主控芯片产生相应动作指令，并控制驱动电路通过场效应晶体管桥完成U、V、W倒相，从而驱动电机运行或者断电停止运行并动态转为电池充电等的。由于无刷电机中的霍尔效应，其反馈信号再到控制器主控芯片后，主控电路又会根据电机的运行状态、相位等做出相应的反应。

1.4.1 图解YBK⁃WZ型智能无刷电机控制器

图1-4-3所示是YBK-WZ型智能无刷电机（马达）控制器正面，其标签上清楚标明了该控制器的技术指标，如工作电压为48V、换向角为60°、断电刹把为机械常开形式等，另外还贴有“欠压42V”标签。该控制器的输入、输出线均集中在一端，其中有供电输入线、电子刹车连接线、转把控制连接线、限速线、霍尔连接线和电机连接线。控制器盒的两端有4个孔，可用于在车上固定安装。

图1-4-4所示是该控制器输入/输出线的一侧，连接线缆集中通过，要防止过度扭曲而根部暗断。拆解时，先用十字螺丝刀旋下这一面的4颗固定螺丝钉。

图1-4-5所示是该控制器的另一侧（顶端），这里同样有4颗固定螺丝钉，在拆解时要用螺丝刀将它们旋下。

在图1-4-6所示控制器的长边上端，还有3颗固定螺丝钉，也要将它们旋下才能取出电路板。需注意的是，这3颗螺丝钉同时起到固定控制器驱动管散热板的作用。

固定螺丝钉卸完后，就可以将控制器主板从盒内取出来，图1-4-7所示为该电路板正面，主要元器件均在此面，可以看出该电路板中使用了大量贴片元件，因此维修操作需要格外仔细。观察元件，可以分析其基本原理构成：输入的直流电源经15V、5V稳压芯片后，得到两组供电，分别提供给驱动管、控制芯片作为工作电压，同时相关电压经控制芯片、6只驱动管的控制，又分别输出作为电子刹车、转把控制、限速、霍尔电路和电机转速的控制电压。对于拆解控制器来说，准确标记和分辨连接线关系十分重要，维修中特别要弄清楚各功能连接线的颜色、走向和连接器形式，千万不可搞错。

图1-4-8所示是YBK-WZ型智能无刷电机控制器内部的印制板，由于该电路板属于双面印制线，便于贴片元件直接焊接，所以这一面的走线并不密集。可以看到还有部分元件在此面焊接安装，包括一个双端输出式脉宽调制芯片SG3524。

1.4.2 图解WZK450AT型智能无刷电机控制器

WZK系列电动自行车控制器是无锡方振电子的产品，该系列主板采用ATmega48芯片，通过软硬件的合理搭配及芯片资源的充分应用，取消了一般电动自行车控制器方案中的LM358、LM317等外围模似电路，采用了数字处理方式对电压、电流进行调控，既提高了控制器的性能，又降低了元器件的成本。同时，还在控制器小电锁上采用微电流技术，能较好地适应未来电动自行车的发展趋势，因此也具备了真正意义上的“单片机”控制器技术。

使用WZK系列电动自行车控制器主板产品，还需注意配套相应的软件，目前该产品已具有普通、自动相序识别、弱磁控制超速三大类型的诸多软件版本。

图1-4-9所示是该系列中的WZK450AT型智能无刷电机控制器，其外观设计比较规范整齐，各种供电、控制连接线也是一侧端进出，底板上有固定控制器的螺丝孔。控制器的表面贴有性能标签，如输入电压48V、额定功率450W、欠压保护41.5V ± 0.5V、限流保护23A ± 1A、额定功耗＜2W、环境温度-30～85℃、转把电位1.0～4.0V、高/低电平刹车、机械常开刹车等参数。在拆解该控制盒时，将两端的固定螺丝钉旋下，打开盖板就能取出电路板。图1-4-10所示是WZK450AT型智能无刷电机控制器的内部结构，可以看出该控制器主板设计良好，做工精细，主要以贴片元件为主，辅以必要的大功率、大容量分立元件，以及核心单片机ATmega48芯片。用以驱动电机的大功率场效应管有9只，可以有效提供平稳的驱动能量，该控制器的连接线材质、焊接、分布与走线都较为突出。

在维修中，通过对控制器接线图的查对，维修人员可以更好地了解控制器的连接关系、相关功能，同时提高维修中的拆解、装配、线路连接的熟练程度。例如，图1-4-11所示WZK48智能无刷电机控制器实际应用接线图，清楚地标示了该控制器在无刷电机类电动自行车中其典型电路的连接关系。

1.4.3 图解36V 250W有刷电机控制器

随着新型电动自行车的不断涌现，特别是无刷电机的大量使用，有刷电机和有刷电机控制器都必将逐渐减少。因此对有刷电机控制器不再介绍其具体拆解过程，这里只做简单的外部图解。

图1-4-12所示是杭州众升的36V 250W有刷电机控制器正面实物图，可以看出该控制器驱动电压为36V、功率为250W，各种供电、控制连接线也是一侧端进出，底板上有固定控制器的螺丝孔。

杭州众升的36V 250W有刷电机控制器反面绘制了一个接线图，如图1-4-13所示，可看到该控制器的连接关系、连接线颜色（包括线径、极性）。通过图中所控制的器件，还可以清楚了解该控制器的控制功能。

图1-4-14例举了该控制器的部分连接线的连接器形式（即接线端子）。连接器是电路连接的重要器件，又是最易出现接触不良故障的位置，所以在维修时要认真检测，如果需要更换则仔细分辨它们的类型，不可张冠李戴，同时按照事先做好的标记重新连接相关线缆。