Egy motorvezérlő belsejében találhatóak: háromfázisú hídáramkör, tranzisztorok, valamint árammérő

Külső megjelenés alapján egy vezérlő egy doboz, amelynek az egyik oldalán vastag, a másik oldalon pedig vékony vezetékek, valamint egy hűtőborda található. Belül két világot találunk: egy nagy teljesítményű részt, amely százampereket kezel, és egy vezérlő részt, amely kiszámolja, hogy a teljesítményt hogyan kell használni. Ez a útmutató megvizsgálja a doboz belsejét, anélkül, hogy bármely konkrét terméket említené.

A háromfázisú híd

Minden motorfázis két kapcsolóhoz van csatlakoztatva: az egyik a település pozitív pólusához („felső” kapcsoló), a másik a negatív pólushoz („alsó” kapcsoló). Három fázis, tehát hat kapcsoló: ez a hármás fáziskapcsoló, vagy inverter.

A fázis kapcsolójának felső érintkezőjét lezárva, az a potenciálhoz kapcsolódik; az alsó érintkező lezárásával pedig a mínuszhoz. Ha nagyon gyorsan váltogatunk a két állapot között, változó időarányban, akkor átlagosan bármilyen feszültséget elérhetünk a nulla és az akkumulátor feszültsége között. Ezt a technikát impulzusszélesség-modulációnak (MLI, vagy angolul PWM) nevezzük. A motor tekercsei kisimítják ezeket az impulzusokat, és az áram, amely átfolyik rajtuk, majdnem szinuszos alakot ölt.

Soha ne zárasd egyszerre a két kapcsolót ugyanazon a fázison: ez rövidzárlathoz vezetne a akkumulátorból.

A teljesítménytranzisztorok

A robogók, kerékpárok vagy könnyű motorkerékpárok vezérlőegységeiben az általában használt kapcsolók MOSFET tranzisztorok. Zárt állapotban ezek nagyon alacsony ellenállást mutatnak; nyitott állapotban pedig blokkolják az akkumulátor feszültségét. A villamos autók magasabb feszültségei esetén inkább IGBT vagy szilícium-karbid tranzisztorokat alkalmaznak.

Ahhoz, hogy több áramot juttassunk át, gyakran több tranzisztort kapcsolunk párhuzamosan minden egyes áramkörben. A tranzisztorok maximális feszültségértéke jelentősen meghaladnia kell az akkumulátor töltött állapotának feszültségét, hogy képes legyen elnyelni a feszültségingadozásokat minden kapcsolási ciklus során és a fékezéskor.

Honnan származik a hő?

Egy tranzisztor kétféleképpen melegedhet fel:

• vezetési állapotban: az áram a kis ellenálláson keresztül folyik. Ez a veszteség az áram négyzetével nő: ha az áram kétszeresére nő, a hő négyzetre nő;
• kapcsolás közben: a rövid pillanat alatt, amikor a kapcsoló nyitott állapotból zárt állapotba kerül, egyszerre feszültséget és áramot vezet. Minél gyakrabban kapcsol, annál jelentősebb ez a veszteség.

Ezért van az, hogy egy magas áramerősségűnek hirdetett vezérlő csak néhány másodpercig bírja a terhelést, ha nem megfelelő hűtés biztosítja azt.

A hálózati vezérlők és a várakozási idő

Egy MOSFET tranzisztort a kapuján keresztül vezéreljük, és a kaput nagyon gyorsan kell feltölteni és leterhelni ahhoz, hogy a tranzisztor megfelelően kapcsoljon. A mikrokontroller nem képes ezt közvetlenül megtenni: erre specializált áramkörök, a kapuvezérlők, vannak kialakítva. Ezek az áramkörök kezelik a felső kapcsolót is, amelynek feszültsége a fázissal együtt változik.

Azon két kapcsoló között, amely azonos fázison nyílik és zárul, egy rövid időintervallum van, amikor mindkettő nyitva van: ez a holtidő. Ha ez az idő túl rövid, rövidzárlat kockázata áll fenn az átmenet során; ha túl hosszú, torzíthatja a feszültséget és növelheti a veszteségeket. A beállítása a tranzisztoroktól és azok vezérlőelemeitől függ.

Az árammérés

A vektoros vezérlés, akárcsak a védelmi rendszerek esetében, a vezérlőnek pontosan ismernie kell a fázisokban áramló áramot. Két fő módszer létezik:

• shuntok: apró, precíziós ellenállások, melyek a áram útjába kerülnek, és amelyeknek a nagyon alacsony feszültségét mérik;
• `a Hall-hatású áramérzékelők, amelyek a áram által létrehozott mágneses teret mérik anélkül, hogy a áram útjában lennének, és gyakrabban találhatók meg nagyobb áramerősségű rendszerekben.`

A mérést a vágási ciklus megfelelő szakaszában kell elvégezni, távol az átkapcsolási pillanatoktól, ahol a mérés zavarható lenne.

A bus kondenzátorok

A híd egy pulzáló áramot von a teleptől, a kapcsolási frekvencián. A túl hosszú és túl indukciós akkumulátor kábelek nem képesek ezeket a impulzusokat biztosítani. Kondenzátorok, amelyek a lehető legközelebb vannak a hídhoz, működnek egyfajta pufferként: ők biztosítják a feszültségcsúcsokat, és simítják a teleptől vett áramot. Ezek is melegszenek, és a választásuk befolyásolja a vezérlő élettartamát.

Ezért van szükség egy nagyfeszültségű vezérlőhöz előtöltési áramkörre vagy szikrakompenzációs csatlakozóra: a csatlakozáskor a feltöltetlen kondenzátorok hirtelen nagy áramot vonnak.

A vezérlő rész

Egy mikrokontroller vezérli a motor működését minden ciklusban: leolvassa az áramokat, kiszámítja a rotor helyzetét, szabályozza a működést, és generálja a vezérlőjeleket a hídáramkör számára. Körülötte a következő elemek találhatók:

• A gázpedál, a fék és a motor szenzorainak bemenetei;
• A kommunikációs kapcsolatok a kijelzővel, egy másik vezérlővel vagy egy beállítási számítógéppel;
• Akkumulátor feszültségének és hőmérsékletének, valamint a tranzisztoroknak (és gyakran a motorának) a hőmérsékletének mérése;
• Egy alacsony feszültségű tápegység, amely a telepből származik, és az elektronikát, valamint néha a kiegészítőket táplálja.

A védőburkolatok

A hűtés a vezérlő valódi korlátozó tényezője

A tranzisztorok egy olyan felületre vannak szerelve, amely a hőjüket a házba, majd a levegőbe vagy a vázba vezeti. Ez a hővezető útvonal minősége határozza meg, hogy egy vezérlő mennyi áramot képes hosszú távon kezelni. Két azonos tranzisztorral rendelkező vezérlő nagyon eltérő teljesítményt nyújthat, a hőtervezésük és a gépen való rögzítésük függvényében.