E-Bike

Tekerni. No de most a pedált, vagy a gázkart?

Kompenzációk, jel előkészítés, tiltások.

Kompenzációk

1. Gázkar nulla állásának kompenzációja

A nulla állás kompenzációja természetesen nem is olyan egyszerű, mint ahogy azt az ember gondolná. A végeredmény az, hogy a "Reset" lábat testre tesszük. Ehhez szükségünk van egy FET-re és a FET-et vezérlő komparátorra, vagy műveleti erősítőre. A lényeg, hogy ha a "Control" lábon a feszültség 0V, akkor a "Reset" aktív legyen. Némi könnyebbséget ad az a tény, hogy a 0...5V-os vezérlő jelet is elő kell állítanunk, ez közvetlenül nem áll a rendelkezésünkre. A gázkar 5V-os tápfeszültségre 0,8...4,2V-os válaszjelet ad a gázkar állásának függvényében. A 0,8V-os jel viszont nagyon jól használható a komparátorhoz. A komparátor "-" bemenetére a gázkar kimenő jelét kötjük, a "+" bemenetre pedig előállítunk egy 0,81V-os referencia feszültséget, amit akár szimplán egy potméterrel is leoszthatunk az 5V-os tápról. Amikor a gázkar "0" állásban van, a kimenő feszültsége 0,8V lesz, a referencia pedig 0,81V. Matematikailag 0,8V < 0,81V, azaz az "U-" < "U+", így a kimeneten megjelenik a tápfeszültség, ami nyitja a FET-et és aktiválja az 555-ös IC "Reset" lábát. Amint a gázkar kimeneti feszültsége meghaladja a 0,81V-ot, a kimeneten 0V jelenik meg, így a "Reset" nem lesz tovább aktív és a "Control"-on lévő feszültség függvényében PWM jelet szolgáltat az 555-ös kimenete.

2. A teljes gázadás kompenzációja

A 100%-os kitöltési tényező igazából nem foglalkoztat, de szintén egy komparátorral megoldható, hogy a kimeneti FET "Gate"-jét közvetlenül az 5V-os tápra kötjük szintén egy FET segítségével, ha a gázkar kimeneti feszültsége 4,2V. Itt megjegyezném, hogy nem árt leválasztani ilyenkor az 555-ös kimenetét, így +1db FET-et kéne oda is tenni. Szerintem ez annyira nem vészes mint az, hogy a gázkar nulla állásában is van a motoron feszültség.

Jel előkészítés:

1. Jel illesztés

A "Control" jelet 0...5V közé kell beállítani, hogy közel 0...100%-os kitöltési tényezőjű legyen a kimenet. Ehhez a 0,8...4,2V-os jelből ki kell vonni 0,8V-ot (ekkor marad egy 0...3,4V-os jeltartomány) és szorozni kell 1,47-tel (3,4*1,47=5). Ehhez két műveleti erősítőt érdemes használni. A "Reset" miatt már egyszer előállítottuk a 0,81V-os jelet, ezt elméletileg felhasználhatjuk a kivonáshoz, azaz a műveleti erősítő "-" bemenetére kötjük (U₁) ezt a jelet, a "+"-ra pedig a gázkar jele kerül (U₂). (A műveleti erősítőt 9V-os szimpla tápról hajtjuk meg, különben a kimeneti feszültség nem éri el az 5V-ot.)

Tehát a különbségképző áramkör (R₁ = R₂):

A szorzás egy nem invertáló erősítővel történik. Az erősítési tényező: 1+(R₂/R₁), így R₂/R₁=0,47, azaz pl. R₂=470kΩ; R₁=1MΩ.

A szorzó áramkör: 

Tiltás

1. Áramkorlát

A két legfontosabb tiltás egyike a motor teljesítményét maximalizáló áramkorlát. A motorok többnyire elviselik a nagyobb feszültséget és az ezzel járó nagyobb áramot is, de nem a végtelenségig. A gyári értékek tartása mindenképpen hosszú életet biztosít a motornak. Ennek eléréséhez áramkorlátot használunk a vezérlőben. A motoron átfolyó áramot egy motorral sorbakötött figyelőellenállás segítségével feszültséggé alakítjuk. Ezzel a feszültséggel sok-sok különböző dolgot tehetünk. Egy komparátor segítségével aktiválhatjuk az 555-ös IC "Reset" lábát, esetleg a kompenzáció utáni gázkar jelet is módosíthatjuk (műveleti erősítő "-" bemenete).

1.a. Reset láb aktiválása és hatása

A "Reset" lábat ha aktiváljuk, egy impulzusunk mindenképpen kimarad a vezérlésből, így kiseb kitöltési tényezőjű jel kerül a motorra, ergo alacsonyabb lesz a kimenő feszültség, ami a kisebb áramot vonja maga után. Ez egy kicsit drasztikus beavatkozásnak tűnik, de igazából olyan gyorsan megtörténik, hogy elméletileg észre se vesszük. Ezt majd a gyakorlat vagy bebizonyítja, vagy cáfolja.

1.b. Gázkar jelének csökkentése

A figyelő ellenálláson eső feszültséget a gázkar által szolgáltatott, majd előkészített bemenőjel csökkentésére is használhatjuk, így gyakorlatilag autómatikusan visszafogja a gázt a rendszer. Itt pár dologra figyelni kell. A csökkentés ne legyen folyamatos, mert akkor limitáljuk a kivezérelhetőséget, így csak egy bizonyos áramerősség fölött kell beléptetni a rendszerbe. Mivel a műveleti erősítőt szimpla tápról hajtjuk (9V), így a kimenet nem tud nulla alá menni. Ebből az következik, hogy a műveleti erősítő negatív bemenetére ("-") egy akkora referencia jelet kell adni, ami meghatározza a beavatkozási pontot. Ez a feszültség a figyelő elleneállás értékéből a kívánt áramerősségből számolható. Terveim szerint 0,01Ω-os ellenállás lesz a figyelőellenállás, az áramkorlát pedig 12,5A. Ezesetben a jelcsökkentést 10A körül érdemes beléptetni, azaz amikor 100mV esik a figyelő ellenálláson. Ebből következően a műveleti erősítő negatív bemenetére 100mV referencia feszültséget kell adni. 12,5A-nél a két bemenet közti különbség 25mV lesz.

Ezután következik az erősítési tényező meghatározása. A csökkentést tervezhetjük úgy, hogy akár nullára letiltsa a bemenő jelet. Ilyenkor a 25mV-os jelet 5V-ra kell erősíteni, azaz 200-as szorzóval kell a műveleti erősítőt ellátni. Ez valószínűleg túlzás, de nem árt előzetesen megvizsgálni a rendszert, hogy mekkora mértékű tiltásra van szükség ahhoz, hogy mindenképpen a kívánt áramerősség alatt maradjunk.

Az én esetemben azzal számolok, hogy 36V esetén 12,5A áramerősségem lesz haladás esetén, ami úgy 1,5-2-szeres áramot jelenthet gyorsításkor. Az akkumulátorok teljesen töltött, de terhelt állapotban kb. 12*3,8V-ot, azaz durván 43V-ot tudnak szolgáltatni. A motoron átfolyó áram egyenesen arányos a rajta eső feszültséggel, így induláskor közel 18V köré kell csökkenteni a feszültséget, hogy ne lépjük át az áramkorlátot. Ez az elmélet. Sajnos a gyakorlatot nem tudom lemérni, mert egyrészt nincs olyan műszerem, amivel ekkora áramot tudjak mérni, másrészt nincs olyan erős energiaforrásom, ami kibírna egy mérés sorozatot ilyen teljesítmény felvétele mellett. Így aztán marad az elmélet. A gyakorlat majd megmutatja, hogy hol kell finomítani a rendszeren.

Az elmélet alapján 25V-ot kell csökkentenem a bemenő 43V-on, ami közel 60%. Az 5V 60%-a 3V, így 3V-ra kell erősítenem a 25mV-os jelet. Ez 120-as szorzót jelent.

2. Akkumulátor áramkorlát

3. Akkumulátor mélykisülés védelem