国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，突出其独特之处，与其他产品形成鲜明对比。这些电路是基于实物测绘所得，其中的元件编号乃笔者所标注。通过具体实例的详细介绍，达到触类旁通的效果。
一、有刷控制器实例详解
电路方框图如图1所示。
1. 电路原理
电路原理图如图2所示，这款控制器主要由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等构成。
稳压电源部分由V3(TL431)和Q3等元件组成，通过从蓄电池中获取36V电压，经过串联稳压后得到+12V电压，为整个控制电路供电。调整VR6可以校准+12V电源。
PWM电路以脉宽调制器TL494为核心，与内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。其中涉及到一个高变低型霍尔速度控制转把，它的输出端在特定情况下会输出特定的电压，这个电压与TL494的特定端口电压进行比较，从而得到调宽脉冲。通过这种方式，电机转速会受到精确控制。电位器VR2用于零速调节，以确保电机在特定条件下停转。
电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成，驱动永磁直流有刷电机。TL494输出的调宽脉冲经过一系列电路处理，最终驱动电机运转。该电路还设计了电机过流保护和制动保护等功能。当出现异常状况时，电路会自动保护电机免受损坏。蓄电池放电指示电路则由LM324组成四个比较器构成，能够根据蓄电池的电压点亮相应的LED灯，以提示用户电池的状态。该电路还具备蓄电池过放电保护功能。当蓄电池放电到一定程度时，会自动停止供电以保护电池。
调试环节同样重要。调速电路的零速调试需要确保转把完全松开时电机停转并再调过一点以保证可靠置零速。制动调试和过流保护调试也需要按照特定的步骤进行以确保电路的正常运行和安全性。还需要对蓄电池放电指示电路进行调试以确保其准确性。在进行调试时需要注意安全避免损坏电池和控制器。
使用LM324、LM393和LM339制作的有刷控制器，尽管器件数量较多，但可靠性极高。该控制器巧妙地仅使用一片LM339制作有刷控制器部分，另一块LM339则用于制作电量显示部分。
对于控制器的调速部分，原先采用的是光电速度转把，但在北方干燥、沙土灰尘大的环境下，其使用受到一定影响。实践表明，使用霍尔速度转把作为替代方案完全可行，具体方法已经详细阐述。改用的关键在于加装+5V稳压电源，并根据原速度信号输出点的信号变化规律，选用相应信号变化的霍尔调速转把。
该有刷控制器的核心部分是PWM电路，其周围包括三角波发生器、电瓶欠压检测、电机过电流检测等，每一部分都是独立的，检查和调试都非常方便。控制器中的三角波发生器由施密特振荡器产生三角波，脉宽调制器则根据三角波和速度转把的速度信号输出调宽脉冲。互补推挽驱动器由T3、T4组成，能够根据脉冲的高低电平控制功率管T1、T2的开关状态。
该控制器还采用了无刷专用芯片MC33035为核心制作的有刷控制器。其电路原理图清晰明了，控制器的特点在于刹车时的三管齐下。刹车电路主要由J、Q3、Q6等组成，当刹车时，左、右刹车开关闭合，通过一系列电路反应，使电机失电停止转动。该控制器还具备欠压保护、防飞车功能等安全措施。
在电工之家（
现在，我们来聚焦一款名为三友SAYO ZHD2的大功率有刷控制器。这是石家庄地区货运三轮中主流的控制器之一。其电路原理方框图及接线图如图8所示。这款控制器的特色在于其频率约为150Hz，相对较低，因此采用了普通的整流桥作为续流二极管。它没有欠压和过流保护，采用了简单的门电路作为三角波发生器，同时采用5只大功率VDMOS并联，并配备了简单均衡电路。而其速度转把则是自制的光电速度把。
该控制器有36V、48V、60V等多种规格，主要差异在于功率管部分，电路详见图9。这款控制器的核心问题是功率管的损坏。主要损坏原因包括串激电机碳刷接触不良、高压击穿功率管，以及堵转导致的过流和过热。
在有刷控制器的维修过程中，首先需要弄清楚控制器的各种基本连线，如电源正负极、电机接线、速度转把接线、刹车把接线、钥匙接线以及仪表接线等。还需要判断霍尔速度转把的三条接线中哪一条是+5V、地和速度信号，以及刹车把接线是断开有效还是短路有效等。
在修理有刷控制器时，应根据现象大致判断损坏部位，排除控制器外部接触不良等低级故障。例如，飞车现象可能是VDMOS击穿或霍尔速度转把的接地端悬空。加载无力可能是电流取样电阻脱焊或电机问题。确实认定是控制器内部故障后，再打开检查维修。
控制器内部的关键元器件需要特别关注。虽然一些元器件的外形可能相同，例如TO-220封装的VDMOS、三端稳压器78、续流二极管等，但它们的功能和连接却有着细微的差别。例如，续流二极管两端和电机两条线是并联关系，通过万用表可以轻松识别；而VDMOS虽然和三端稳压器78都有一端接地，但前者连接电机，后者则不连接。集成块可以从脚数和连线部位等特征来区分。
还要注意电流取样电阻，通常是一端接VDMOS的源极S，另一端接电池负极（粗黑），由于康铜丝两端受热可能导致焊锡脱落，可能造成轻载正常、重载无力等故障。
根据原理图进一步分析，有刷控制器的核心部位是PWM。其输入信号包括三角波发生器的三角波和霍尔速度转把的速度信号。PWM的驱动信号控制VDMOS栅极。维修重点首先是VDMOS，它是控制器中损坏率最高的部件，多数为DS间击穿，造成加电就高速旋转。在不加电的情况下，用万用表一测便能发现，更换好管后故障一般会排除。更换时，要注意绝缘和散热问题，要垫上导热绝缘片并涂上导热硅脂，固定好散热板的紧固件。伴随VDMOS击穿，还可能有其他周边元件损坏，如互补推挽下管PNP管等。另一个是稳压电源的检查，可以带电检查其输出是否为额定稳压值，如没有，排除输出短路后，再沿电路向前检查。对于控制芯片采用TL494的电路，虽然内部复杂，但检查关键点就能判断大致情况。例如TLA94的第⒁脚为+5V参考电源输出端，如⒁脚没有+5V一般是芯片坏了。③脚和④脚也是关键点，它们的状态变化需要检查造成的原因，例如欠压保护、霍尔调速把故障等。也可以检查后部的关键点，例如VDMOS栅极电压是否随霍尔速度转把转动变化等。
最后关于功率开关管损坏的原因和对策，热损坏是开关管的主要失效模式。开关管的导通损耗和开关损耗会导致发热。导通压降和电流的乘积越大，发热越多。除了器件本身的问题外，开关通过放大区时间过长也是压降大的原因之一。改善栅极驱动和泄放电路设计可以解决这个问题。当欠压保护和过流保护工作在临界状态时，如因堵转引起的逐周过流保护动作频繁切换，PWM频率升高导致开关管的开关损耗增加从而造成过热。因此在实际应用中需要合理设置保护阈值并优化电路设计以降低开关管的热损坏风险。关于欠压保护工作的改进与在大功率控制器中的实践
针对欠压保护工作的改进，我们采用了施密特电路，通过正反馈加入了一个二极管和一个电阻，以此提高临界切换的频繁性。这种改进使得欠压保护更为精准且响应迅速。
关于电压击穿问题，我们了解到这主要是因为开关管本身的耐压能力不足。在电压瞬间过高的情军下，热量未能及时通过散热器散发，导致管子DS击穿，也就是所谓的“冷击穿”。为解决这一问题，我们对器件进行了严格筛选，并且要求并联应用的器件必须配对，以避免损坏。我们也意识到在电机大电流工作时，突然关断可能导致瞬间高反电势的产生，如有刷电机的碳刷接触不良就是这个原因。我们采取的解决方案是并联大电流、高速、低压降续流二极管，例如采用30A双快恢复(或肖特基)管。还在开关管DS间加装了阻容吸收保护。
为了提高大功率控制器的可靠性，我们采取了一系列对策。我们采用了大电流高反压耐高温开关管。我们知道大功率场效应管的耐压和导通电阻在制造时存在矛盾，例如当耐压从60V升高到100V时，导通电阻会成倍增加。有效的措施包括降低振荡频率、增加并联器件数、增加驱动功率、加大散热板面积等。我们也改变了欠压保护措施，由欠压保护改为欠压提示，不关断，以提高系统的运行效率。
接下来，让我们无刷控制器。有刷电机依赖换向器保证转子和固定部分的磁场保持连续朝一个方向的吸引力或排斥力。这套换向机构中最重要的机件就是电刷，而控制器无需改变电流方向，因此被称为有刷控制器。换向器的触点是有磨损的。无刷直流电机则没有换向器，它通过控制器改变电机线圈内部电流方向来保证转子和固定部分的磁场连续性。无刷控制器采用晶体管无触点开关，因此永远不会磨损。
无刷控制器一般通过霍尔传感器确定转子磁场位置，在适当时机给相应线圈改换电流方向。除了霍尔传感器，还有光电传感器等。当前市场上，无刷控制器主要有两大类：一类以单片机为核心，一类以专用芯片如MC33035、A3932SEQ、LB11690、MC33039等为核心。
以单片机为核心的控制器借助三个模拟比较器完成任务。而采用专用芯片的控制器则通过内部软件完成任务，不同产品的软件差异很大。市场上销售的单片机内部程序需要专用设备进行烧写，因此普通售后服务只能更换外围元件。单片机本身的损坏需要依赖原生产厂商进行更换或供应写有程序的单片机。整体上，无刷控制器的高性能和可靠性使其在许多领域得到了广泛应用，并为电动车的智能化和高效化提供了有力支持。单片机，也被称为单片微型计算机，是一种具有卓越智能功能的电子设备。它的出现，为电动自行车等交通工具赋予了全新的生命力，使得这些工具能够轻松地实现一些所谓的智能功能，比如巡航功能。
巡航功能，只需要我们轻轻按一下巡航功能按钮，就可以让电动自行车以刚刚的速度继续前行，无需我们始终握住霍尔速度转把。这样的设计极大地提升了驾驶的便捷性和舒适性。
除了上述的单片机控制器，还有许多其他的控制器类型值得我们关注。
是无刷控制器中的一种特殊类型不需要位置传感器的无刷控制器。这种控制器通过检测线圈电动势来判断转子的位置。在电机未转动时，它无法判断转子的位置，但可以通过在电机转动后加电，或者按照一定的序列进行试探性加电，从而准确地判断出转子的位置并正确加电。这种控制器的设计充满了科技含量，使得电机的运行更加精准和稳定。
还有一种未广泛普及的开关磁阻电机控制器。这种开关磁阻电机在过去主要在纺织行业有所应用，但现在有研究者正试图将其应用到电动自行车上。其控制器与无刷控制器有一定的相似性。这种电机的应用将为电动自行车带来更多的可能性，提供更丰富的功能体验。
这些控制器都是现代电子技术与传统交通工具的完美结合，为我们的生活带来了极大的便利。随着科技的不断发展，我们有理由相信，未来的交通工具将会更加智能化，更加人性化，让我们的生活变得更加美好。
