Как улучшить/изменить/прокачать контроллер?

[zap]

Загадка: два конца, два кольца, посредине гвоздик, что это?
Отгадка: контроллер мотор-колеса без инструкции в комплекте.

Во-первых, сразу замечу, что 95% контроллеров используют похожую или очень близкую схемотехнику.
Естественно, номиналы деталей, тип микроконтроллера, количество функций может различаться. Но, по сути, практически любой современный китайский контроллер выглядит как родной брат самого первого подробно разобранного на форуме контроллера Yamasaki 350W.

Остальные 5% это относительно редко встречающиеся типы контроллеров типа Magic Pie, BionX и прочий эксклюзифф.

Поэтому действует общий принцип - разбираешься в схеме одного - разберёшься в схеме любого другого. Если Вы разбираетесь в электронике, не пожалейте пару минут, изучите схему по ссылке Выше. Это сильно поможет в дальнейшем понять что к чему.

Ответим на самые часто встречающиеся вопросы о контроллерах. Сначала вопросы, а потом ответы с картинками.

1. Поддерживает ли мой контроллер функцию <какая-нибудь функция>? Как её включить?
2. Можно ли увеличить напряжение питания, не сгорит ли контроллер? Что надо сделать, чтобы контроллер работал при более высоком напряжении?
3. У меня контроллер отрубается при напряжении батареи в X вольт. Можно ли сдвинуть порог выключения до Y вольт?
4. Как "прокачать" контроллер, чтобы получился монстр наподобие Льеновского Инфинеона?

Итак, перед нами свежеоткрытый контроллер непонятного производителя.


Сразу бросаются в глаза характерные детали: микроконтроллер (многоногий таракан по центру), большой силовой конденсатор слева, синий резистор низковольтного стабилизатора питания, слева от него шунт (скобка из толстой проволоки), также видим 6 ключей и 1 стабилизатор напряжения LM317 (прикручены винтами к люминевой планке). В правом нижнем углу видим 14-ногий компаратор LM339, значит контроллер поддерживает безсенсорный режим. Провода питания (толстый красный и чёрные) и фазовые провода (толстые синий, жёлтый, зелёный вдоль заднего алюминиевого радиатора) сечением 1.5 мм².

Тип микроконтроллера - SPMC65SF112 . Это микроконтроллер китайской разработки, плохо известный и документированный (на доступных нам языках, естественно). Также встречаются XC846 (так называемый "Инфинеон"), STM8 и другие.

Заглянем на другую сторону.

Здесь мы видим подписанные управляющие сигналы.

BKH/BKL - традиционное название для контакта тормоза. BreaK High - тормоз при высоком уровне и BreaK Low - тормоз при низком уровне. Традиционно используется управляющий сигнал BKL, его замыкают на землю. Сигнал BKH обычно замыкают на плюс батареи, можно также на +5В.

LMT - нераспаянный управляющий сигнал. Можно предположить, что это сокращение от английского LiMiT (ограничение). Возможно, это включает ограничение скорости. Или ток. В общем, нужно экспериментировать.

SP - от англ. SPeed, скорость. Сюда подаётся выход с ручки газа.

HI/LOW - возможно, "высокая" и "низкая" скорость. Контакт "HI" запаян на розовый провод, у продавца на китайском сказано что это что-то типа повышенной скорости (?). Возможно, что-то типа фичи "120%" на контроллерах Инфинеон.

LOCK - можно предположить, что этот контакт предназначен для противоугонной системы. Замкнув его на землю, колесо блокирует своё положение. Попытка прокрутить его в любую сторону будет встречать противодействие контроллера.

EBS - Electronic Breaking System, в просторечии рекуперативное торможение. К ней припаяно кольцо из провода, который сначала идёт наружу а потом возвращается внутрь контроллера, чтобы впаяться в землю (GND). Видимо, если Вам не нужно рекуперативное торможение, предполагается, что Вы это кольцо разрежете.

A/B/C - с этими всё понятно, сюда попадают сигналы от датчиков Холла двигателя.

REV - реверс, что же ещё.

CRU - круиз-контроль. Замкнут на землю через кольцо из провода. В случае ненужности - разрезать

XX - выведен на разъём автоматического определения двигателя. Данный контроллер имеет очень полезную фичу - при замыкании разъёма автоопределения он "обнюхивает" двигатель и определяет порядок фазных проводов, датчиков Холла и угол между датчиками. То есть проблема с подбором цветов фазных проводов на этом контроллере неактуальна.

YY - непонятный контакт, выяснить что он делает можно только экспериментально.

Собственно, это все контакты данного контроллера. На других контроллерах контакты, естественно, другие; определение имеющихся в контроллере функций - работа творческая. Можно также посмотреть в специальной теме, посвящённой поиску назначения контактов контроллеров.

Давайте теперь посмотрим, можно ли переделать контроллер для работы на повышенных напряжениях. Изначально контроллер расчитан на напряжения 36/48В (именно так, на два напряжения сразу). Логично предположить, что он выдерживает напряжения хотя бы до 58В (напряжение полностью заряженной "48В" литий-железофосфатной батареи).

Схема контроллера состоит из двух выделяющихся частей: силовой части и низковольтной (логической) части. В силовой части напряжение батареи подаётся на силовые ключи (которые на алюминевом насесте), также в этой части есть силовой конденсатор и иногда - несколько вспомогательных конденсаторов в районе ключей. На эту часть подаётся полное напряжение батареи, поэтому все детали должны быть расчитаны на интересующее Вас напряжение.

Если максимальное рабочее напряжение силовых деталей ниже необходимого Вам напряжения, их необходимо заменить. Например, для работы от литий-полимерной батареи 16S обычно требуется как минимум замена силовых конденсаторов, которые обычно устанавливаются 63-вольтовые (в то время как полностью заряженная 16S литий-полимерная батарея выдаёт 67В). Конденсаторы можно заменить на 80-вольтовые, либо на 100-вольтовые. Используйте по возможности конденсаторы с низким сопротивлением (ESR). Как правило, чем крупнее конденсатор (при одинаковом номинальном напряжении!), а также чем выше его ёмкость, тем меньше его внутреннее сопротивление. Но при этом, чем выше номинальное напряжение конденсатора, тем выше внутреннее сопротивление, так что перебарщивать с номиналом конденсаторов не стоит. Вот фотографии новых конденсаторов (слева) и старых (справа), которые были изменены при данной переделке. Как говорится, коментарии излишни.


Не стоит менять все конденсаторы подряд, это ненужная и даже вредная работа. Определить конденсаторы под замену можно, руководствуясь следующими правилами.

1. Силовые конденсаторы всегда одной ногой на плюсе батареи, другой - на земле. Соответственно и полярность подключения надо соблюдать.
2. Все силовые конденсаторы, как правило, на одинаковое напряжение (посмотрите напряжение на самом толстом конденсаторе).

В контроллеры обычно устанавливают 75-вольтовые ключи. Этого хватит по вольтажу для батарей напряжением до 72В. Подробнее про замену ключей см. ниже.

Низковольтная часть питается через понижающий стабилизатор напряжения, который преобразует напряжение батареи сначала в 12 вольт, а затем второй ступенью - в 5 вольт. Поэтому наша единственная забота - чтобы не сгорела первая ступень стабилизатора, которая преобразует напряжение батареи в 12 вольт, всё остальное заработает автоматически.

В большинстве случаев в первой ступени используется простая схема на микросхеме LM317, которая преобразует напряжение батареи в 12В. Принципиальное ограничение этой микросхемы - разница между напряжением на входе и на выходе не может превышать 40В. То есть, если использовать только её, напряжение на входе не может превышать 52В. В случае, если напряжение батареи превысит это значение, микросхема может сгореть. Чтобы этого не случилось, перед микросхемой стоит гасящий резистор, на котором обычно "срезается" ещё примерно 10 вольт.

Потребление типового контроллера составляет от 30мА (в случае, если датчики мотора не подключены) до 60мА (в режиме полного хода). Нам необходимо не допустить, чтобы напряжение после резистора было ниже 15 вольт (иначе первая ступень стабилизатора не сможет удерживать на выходе напряжение 12В и могут сгореть ключи), но и не больше 52 вольт. Зная эти цифры, легко подсчитать допустимый диапазон входных напряжений при заданном сопротивлении резистора.

U_min = 15 + R * 0.060
U_max = 52 + R * 0.030

Например, в обсуждаемом контроллере стоит резистор на 220 ом (синий крупный рядом с силовым конденсатором, цветовая маркировка красный-красный-чёрный-чёрный). С таким резистором допустимый диапазон входных напряжений составит:

U_min = 15 + 220 * 0.060 = 28.2В
U_max = 52 + 220 * 0.030 = 58.6В

Таким образом, подставляя разные значения R мы можем подобрать замену резистору так, чтобы контроллер нормально работал во всём диапазоне входных напряжений.

Кроме диапазона допустимых напряжений контроллер имеет так называемое напряжение отсечки. Когда напряжение падает до этой величины, контроллер отключается с целью защиты батареи от переразряда. Иногда, при использовании батарей с нестандартным напряжением, это может быть помехой. Также, в случае если Вы используете батарею со встроенной схемой управления, Вам не нужна эта функция т.к. за напряжением ячеек батареи следит отдельная схема, и делает это гораздо лучше контроллера (индивидуальный контроль ячеек). В таких случаях напряжение отсечки может только помешать полностью использовать ёмкость батареи, отключив контроллер раньше времени.

В этом случае можно подкорректировать цепь измерения напряжения батареи, чтобы "обмануть" микроконтроллер. Как правило, эта цепь состоит из резисторного делителя и конденсатора параллельно нижнему резистору (для сглаживания пульсаций). Дальше напряжение с делителя может непосредственно поступать на ножку микроконтроллера, а может через промежуточный защитный резистор.

Найти этот делитель достаточно просто. Дело в том, что это единственная цепь помимо низковольтного стабилизатора, которая следует из высоковольтной части напрямую в низковольтную. Например, вглядимся в плату нашего контроллера в том месте, куда подключён плюс батареи:


Плюс батареи поступает через тонкий красный провод (который через выключатель питания соединён с толстым красным проводом). Далее мы видим диод с маркировкой М7, который служит для защиты от переполюсовки низковольтной части. Однако цепь замера напряжения должна предшествовать диоду, иначе замер будет неточным. И правда, мы видим отвод от плюса на резистор R82. Далее резистор R82 соединяется с резистором R77 и далее параллельно с конденсатором C5 соединяется на землю. Похоже, мы нашли искомый делитель напряжения. Обозначим резистор R82 как R_top, а резистор R77 как R_bot. Тогда на выходе делителя мы будем иметь напряжение:

V = V_in * R_bot / (R_top + R_bot)

где V_in - напряжение на входе делителя.

Для изменения порога отключения нам достаточно заменить один из резисторов, предположим R_top. Тогда формула для вычисления нового значения R_top будет иметь вид:

R_{top_new} = (V_{in_new} * (R_top + R_bot) / V_in) - R_bot

Для нашего случая можно попробовать пересчитать параметры делителя для получения порога отключения 28В вместо 31В. Смотрим номиналы - в нашем случае R_top = 33 кОм, R_bot = 2.2 кОм. Тогда:

R_{top_new} = 28 * (33000 + 2200) / 31 - 2200 = 29600 ом

Существует возможность серьёзно увеличить мощность контроллера. В китайских контроллерах из соображений низкой стоимости устанавливаются достаточно дешёвые ключи, с не очень хорошими параметрами. Например, широко распространённые ключи ST75NF75 имею сопротивление канала 7 миллиом и выдерживают напряжение до 75 вольт. В рассматриваемом контроллере установлены ключи RU6888R с сопротивлением канала 6 миллиом, тоже на 75 вольт. Однако, существуют ключи с гораздо более хорошими характеристиками. Например, ключи IRFB3077 имеют сопротивление канала 2.8 мОм при напряжении до 75В, а IRFB4110 - 3.7 мОм при напряжениях до 100 вольт! Таким образом, если заменить RU6888R на IRFB3077, получим контроллер на (грубо) вдвое бОльшие токи. Например, рассматриваемый контроллер заявлен как 17-амперный. Тогда после замены ключей мы вполне можем получить 30-35 амперный контроллер, причём микроскопического размера (6-ключевой!). Так что если Ваша батарея умеет выдавать такие токи, такой апгрейд будет контроллеру весьма кстати.

В качестве ремарки: для пайки силовых элементов лучше всего подойдут паяльники с тяжёлым большим жалом. Мелкие паяльники, даже если у них задекларирована неземная мощь (60Вт, 80Вт) резко охлаждаются при контакте с большими массами металла, каковыми являются все силовые дорожки контроллера.

Итак, первым делом выпаиваем старые ключи:

Самую левую микросхему (LM317) не трогаем, она нам ещё пригодится

Теперь прочищаем посадочные отверстия, чтобы новые ключи можно было воткнуть на свои места все сразу. Для этого я использую иглу одноразового шприца и ручную микродрель. Получается как-то так:


Прикручиваем все транзисторы к радиатору (не завинчиваем крепко) и готовимся их воткнуть в плату:


После этого выравниваем их по высоте (хорошо, что у нас осталась одна старая LM317 для ориентира) и аккуратно запаиваем. По возможности, дорожки можно усиливать в том числе за счёт загнутых выводов элементов (заменённых конденсаторов и ключей). В итоге получаем почти готовый пропаянный вариант (винты радиатора ещё не закручены, правда):


Итак, ключи заменены, но микроконтроллер-то об этом не знает! Чтобы ему объяснить, что теперь он может прокачивать большие токи, самый простой вариант (если у Вас не контроллер с перепрограммируемыми параметрами) - залудить шунт. Шунт - это скобовидный кусок толстого провода из специального сплава - константана (константан практически не изменяет сопротивление при изменении температуры), обычно на самом краю платы:


Чтобы залудить шунт, достаточно нанести на него тонкий слой припоя, покрывающий определённую часть его длины. Не переусердствуйте, потому что если залудить шунт слишком сильно, контроллер будет допускать слишком высокие токи и ключи могут сгореть. В нашем случае сопротивление новых ключей вдвое ниже сопротивления старых, поэтому можно смело шунт залудить наполовину.

Если Вы хотите просто чуть улучшить динамику велосипеда без кардинальной переделки контроллера, а контроллер у Вас не работает на пределе своих возможностей (т.е. не нагревается выше 40-50^o в процессе езды, например, в длительный подъём), Вы также можете залудить шунт. Лучше всего это делать понемногу, контроллируя каждый раз результат тестовым пробегом с длительным подъёмом. Как только контроллер станет на ощупь сильно тёплым - прекращайте процесс, дальнейшие улучшения возможны только с перепайкой ключей.

Ещё одна немаловажная деталь для больших токов - сечение проводов. Сечение проводов питания следует выбирать из расчёта 1 квадратный миллиметр на каждые 10 ампер. То есть, если мы собираемся делать из контроллера 35-амперный, нам понадобится провод сечением не менее 3.5 мм². В данном случае я так сильно не замахивался, поэтому ограничился новыми проводами на 2.5мм² взамен старых на 1.5мм².

Сечение фазных проводов следует выбирать не тоньше батарейных, но и не намного толще фазных проводов двигателя. В данном случае двигатель использовал фазные провода на 2.5мм², поэтому для фазных проводов контроллера также были использованы провода такого сечения.

Также можно усилить силовые дорожки толстыми медными проводами либо медной оплёткой. Обсуждаемый контроллер уже имел изначально усиленные медной проволокой дорожки, поэтому я их дополнительно почти не усиливал.

Итак, лёгким движением руки из контроллера 350W мы сделали контроллер, способный управляться с более чем киловаттной нагрузкой.

[ingener]

Спасибо за описание методики  изменения напряжения отсечки контроллера, в свою очередь пример по конкретному контроллеру
... Делитель оказался не совсем в том месте, где ожидалось (вблизи ввода проводов питания), а в центре платы. Методика поиска такова - ставим один щуп мультиметра к плюсу  кабеля питания, вторым ищем по подозрительным резисторам, по всем подряд - как только мультиметр покажет нулевое сопротивление (хорошо иметь звуковой сигнал), то этот резистор попадает в список кандидатов на верхний резистор делителя. Далее смотрим его второй конец - если к нему идет второй резистор, который вторым концом сидит на минусе,  да еще и зашунтирован керамическим коричневым конденсатором - это оно.  Средняя точка их соединения (на фото зеленым) и используется как контроль напряжения отсечки.
В данном контроллере вехний резистор имел маркировку "153" (15 кОм),  нижний  - "122" (1,2 кОм).   Меняем нижний на 1,8 ком, и все дела.
Можно было поменять и верхний на меньший,  но тогда вырастет ток через эту цепочку и нагрев резисторов.
Все, контрольный заезд показал,  что теперь контроллер не отсекает мощность при любых режимах. Но сильно батарею  пока не разряжал.
При желании можно и настроить эту функцию контроллера на желаемое напряжение отсечки. Проще всего, не вдаваясь в расчеты (дающие косвенный результат), впаять  подстроечный резистор и по факту выставить нужное напряжение отсечки.

[Basia]

Хочу поднять тягу но шунта нет, процентов на 20 хочу. Какие могут быть рекомендации ?
Мосфеты не могу идентифицировать... Потянут 15А?

[zap]

В Вашем контроллере используются чип-резисторы на 5 миллиом.
Два параллельных резистора по 5 миллиом, итоговое сопротивление 2.5 миллиом.
Это и есть шунт.
Чтобы снизить сопротивление шунта, в параллель к ним можно впаять ещё один резистор на 5 миллиом, повысите ток на треть.

Ключи у Вас установлены типа AOT470, 10 миллиом сопротивление канала. При токе 15А тепловыделение каждого ключа составит 0.010 * 15² = 2.25 Ватт. Учитывая, что на полном газу ключи работают примерно треть времени, но ключей 6, получите 5 Ватт тепловыделения на всём контроллере. Это очень грубая прикидка, конечно.

Многовато, хотя и потянет если обдувается набегающим потоком воздуха. Лучше бы их перепаять на что-нибудь с мЕньшим сопротивлением.

[Discovery]

Интересно, а каковы пределы "разгона" рассматриваемого контроллера? Есть ли в нём что-то, что ограничивает пределы увеличения мощности, помимо характеристик ключей и конденсаторов? Можно ли заменой ключей и кондёров поднять номинальное напряжение до 96 В и номинальную мощность до 2000 КВт?

[electriq]

Интересно, а каковы пределы "разгона" рассматриваемого контроллера?

Мощность зависит только от используемых ключей, смотрите их характеристики по току. По напряжению есть инфа выше как поменять отсечки.

[zap]

Помимо отсечки (нижний предел напряжения) есть ещё верхний предел, который зависит от:
- Характеристик понижающего преобразователя для питания низковольтной части контроллера (например, если стоит линейный преобразователь на LM317, перед ним ставят мощный резистор, на котором входное напряжение должно падать до не более чем 50В при токе 50мА). В новых контроллерах стоит импульсный преобразователь (его можно идентифицировать по трансформатору или катушке индуктивности на плате), там надо смотреть макс. рабочее напряжение ключевого транзистора (и часто его надо брать с двухкратным запасом, например, если обратноходовый преобразователь).
- Предельного напряжения сток-исток используемых ключей (часто используются ключи на 75В), причём ключи должны быть по напряжению минимум с 10%-запасом, иначе рискуете словить пробой ключей прямо на дороге.
- Максимального рабочего напряжения силовых конденсаторов - как правило, один крупный (470-1000мкф и более) на входе (рядом с тем местом, куда входят в плату провода питания) и несколько поменьше (100-330 мкф) в параллель с каждым из трёх полумостов (искать в районе силовых ключей). В простых контроллерах обычно ставят конденсаторы на макс. напряжение 63В.

Что касается мощности, она ограничена макс. током ключей, причём это не та цифра, которая в даташите на первом месте, а та цифра, которую часто даже и не пишут - ограничение тока по сечению ножек мосфета. Например, про IRFB3077 обычно пишут, что макс ток равен 210 ампер хотя, на самом деле, по ножке корпуса TO-220 может протекать не более 75А (хотя по даташиту на IRFB3077 пишут, мол, package limited = 120А, но как-то мало верится, глядя на дрищавое сечение ножек).

[Ruslan]

Помогите! Есть вот такой контролер 48 в в пике до 15а! Хочу в пике 20а на постоянку 15а, шунт не нашел. На транзисторах маркировка 110N806
GF259B1 -что за звери?

[KossMann]

Ток повышать это конечно хорошо, может кто нибудь напряжение поднимал с 48 до скажем 72в,если есть такие, поделитесь опытом,подопытный контроллер простой MXUS 48в17А,ключи в планах 4410

[Rjkz]

Подскажи, имеет ли смысл поставить конденсатор большей ёмкости? К примеру не 470мкф, а 1000мкф.
Что изменится? Динамика?

[Ури]

Ток повышать это конечно хорошо, может кто нибудь напряжение поднимал с 48 до скажем 72в,если есть такие, поделитесь опытом,подопытный контроллер простой MXUS 48в17А,ключи в планах 4410

Присоединяюсь. Какое максимальное напряжение можно подать на комплектный 48В контроллер к МК мхус, бафанг.

[mobillko]

Я на 24в контроллер подаю 42в, но батарея отображается как всегда заряженная

[Александр61]

Подскажите пожалуйста, от контроллера моего самоката отходят несколько незадействованных разъемов (на фото связаны стяжкой), можно ли определить их назначение по виду, цвету и количеству проводов а также их использование ? На разъеме с желто сине коричневым проводами два напряжения 38.5в и 41.3в. И еще, назначение черного разъема  с желтым проводом с одной стороны, и белыми свободным коричневым с другой. При отключении этого разъема на х.х. изменяется тон работы мотора на более высокий и незначительно возрастает ток-0.02А.

[Jorik]

подскажите пожалуйста можно ли на этом контролере сделать реверс (задний ход)и как это сделать?

[Appolinari]

Всем Доброго Здравия!
Волею судеб вливаюсь в ряды счастливых обладателей электро самокатов...
И, в связи с этим имею некоторые вопросы, по теме данного топика. Дело в том, что скутер достался мне со сгоревшим двигателем. Это по тому, что прежнему его владельцу очевидно сильно хотелось скорости и он решил добавить ещё один аккумулятор. Добавил не заморачиваясь, поставил под сиденье и накрыл коробкой. В скутере заменены на 48ми вольтовые контроллер и индикатор разряда батарей. Индикатор я уже перепаял, воспользовавшись информацией из параллельной темы. Теперь надо подкорректировать отсечку по вольтажу. Контроллер у меня "EVO" 48 вольт 1000 ватт. Собираюсь сделать из него обратно 36ти вольтовый, дабы избавиться от скелета в шкафу аккумулятора под сидением. Вчера, чтобы найти делитель напряжения, пришлось изрядно попотеть. Он (делитель) не только не находится поблизости с плюсовым проводом, но и вообще не имеет с ним прямого контакта. Подключается делитель к плюсу батареи аж через кнопку включения "зажигания". Сегодня надеюсь перепаять и его. У меня есть вопрос к уважаемому сообществу, по поводу силовых ключей (см фото) данного контроллера. Имеет ли смысл их заменить на что либо лучшее и если да, то на что? Поскольку я сам не слишком глубоко знаком с электроникой, то прошу более осведомлённых товарищей мне помочь.
Извиняюсь за качество фото. Снималось телефоном.

[mech-yu]

Вопрос такой - делал ли кто-нибудь напрашивающуюся операцию по выносу плат гироскопов из корпуса контроллера на панель управления для управления чем то типа автомобиля, коляски?

[Vitrucho]

Простите пожалуйста,а по какой формуле рассчитать замену нижнего резистора для изменения отсечки.
она такая же как и для верхнего ? Rtop_new = (Vin_new * (Rtop + Rbot) / Vin) - Rbot ????
спасибо .

[Vik3]

удалил, написал в другой ветке