Устройство контроллера электросамоката

Контроллер — электронное устройство, преобразующее постоянный ток батареи в трехфазный переменный сигнал для питания мотор-колеса. Он управляет скоростью, моментом, направлением вращения и рекуперацией. Основные компоненты: силовые ключи (MOSFET), драйверы, микроконтроллер и датчики тока.

Силовые ключи MOSFET

Ключевой элемент контроллера — полевые транзисторы (MOSFET), коммутирующие ток к фазам мотора. Обычно используется 6 транзисторов (по 2 на фазу) в трехфазном мостовой схеме. Популярные модели: IRFB4110, CSD19536, AOT2908 с сопротивлением канала 3-5 мОм.

При токе 25А и сопротивлении 4 мОм на одном транзисторе рассеивается 2,5Вт мощности (P = I² × R). На шести транзисторах — 15Вт, требующих эффективного отвода тепла через алюминиевый радиатор. Перегрев выше 150°C приводит к тепловому пробою и выходу из строя.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

ШИМ — метод регулировки мощности путем изменения длительности импульсов при постоянной частоте (обычно 8-16 кГц). При 100% заполнении транзистор открыт постоянно, мотор получает полное напряжение. При 50% — открыт половину периода, среднее напряжение снижается вдвое.

Частота ШИМ выбрана выше слышимого диапазона (20 Гц - 20 кГц), чтобы избежать писка. Однако гармоники могут вызывать писк мотора на низких оборотах — это нормальное явление.

Трехфазный инвертер

Контроллер формирует шесть коммутационных состояний для создания вращающегося магнитного поля. Момент переключения определяется по сигналам датчиков Холла или по обратной ЭДС (бессенсорный режим). Последовательность коммутации задает направление вращения.

При бессенсорном управлении контроллер измеряет обратную ЭДС несработавшей фазы для определения положения ротора. Это работает только при достаточной скорости вращения — на старте используется принудительная коммутация с возможными рывками.

Векторное управление (FOC)

Продвинутые контроллеры используют векторное управление (Field-Oriented Control). Алгоритм разлагает ток на две составляющие: создающую магнитный поток (d) и создающую момент (q). Это позволяет оптимизировать работу мотора на всех режимах, обеспечивая максимальный момент при минимальных потерях.

FOC требует точного измерения токов фаз и быстрых вычислений микроконтроллером (DSP или ARM Cortex-M4). Преимущества: плавный ход без рывков, высокий КПД, точный контроль тормозного момента при рекуперации.

Защитные функции

Контроллер отслеживает: ток фаз (ограничение мощности), напряжение батареи (отсечка при разряде), температуру (снижение тока при перегреве), ошибки датчиков Холла. При срабатывании защиты может ограничить ток или полностью отключить мотор.