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第二节
电路又称导电回路，它是电流所流经的路径。最简单的电路是由电源、负载、导线、开关四要素组成的。电动自行车电路分为基本电路和附属电路，基本电路包括电动机部分、控制器部分、电池盒、充电器；附属电路包括电源电量指示部分、前照灯、电喇叭、转向灯、多功能开关、速度显示电路、助力传感器和闪光器等。
基本电路是电动助力的基础，完成电动自行车电力驱动功能。
附属电路是对基本电路功能的补充和完善，可以提高电动自行车的使用性能。
电动自行车电路图是将用电设备、仪器仪表、电器元件、各种指示信号装置等，用图形符号和导线连接在一起的关系图。线路按结构形式、电路设备数量、安装位置、接线方法不同而有所不同，但其线路一般都遵循以下几个原则。
（1）高、低电压并存 电源电压一般有24V、36V和48V三种，大部分蓄电池用36V和48V。而仪表板电源有24V、12V和5V三种。
（2）并联制 低压用电设备均采用并联方式连接，受有关装置控制。电气设备间均为并联，熔断器均串联在电源和相应的用电设备之间。
（3）采用插接件连接 电动自行车电池、控制器、电动机、仪表盘、转把、前照灯、电子扬声器等之间的连接采用插接件，它是电动自行车电路连接必备件。可使装配、维修方便。
（4）用电设备大都设有电路保护装置 为了防止发生电路短路和用电设备不被过载电流烧毁，总电路和各分电器大都设有易熔丝、熔断器或电路过载保护器等保护装置。
（5）线路有颜色特征 为了便于区别各线路的连接，所有导线必须选用不同颜色的单色或双色线。
（6）接地线的特点 电动自行车上蓄电池的地线、仪表的地线、调速转把的地线和控制器的地线都与搭铁线相连，而电动机的地线是独立的，与搭铁线不相接。
图形符号是指用规定的抽象图形代表各种元器件、组件、电流、电压、波形、导线和连接状态等的绘图符号，它是构成电路图的主体。
文字符号是指用规定的字符（通常为字母）表示各种元器件、组件、设备、装置、物理量和工作状态等的绘图符号，它是构成电路图的重要组成部分。
电动自行车电路图图形符号与名称见表1-3。
表1-3 电动自行车电路图图形符号与名称
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在阅读电路图时，必须认真阅读图注。这样可以大致了解电路的组成及特点。
有些电动自行车电路图的某些局部电路，或局部电路中的某些部分，可能比较复杂，一时难以读懂，可以暂时放一放，待其他局部电路看懂后，再结合与该电路有关的信息，进一步识读这部分电路。
电动自行车电路图是利用电路图形符号来表示其构成和工作原理的，因此必须熟悉电路图形符号的含义，才能看懂电路图。
在电气系统中，有大量电气装置是机电合一的，如各种继电器，这些电器装置在电路图上表示时，为做到使画面既简单，又便于识图，大多采用集中表示法或分开表示法来反映电路的连接情况。
在电路图中，各种开关、继电器都是按初始位置画出的，如按钮未按下，开关未接通，继电器线圈未通电，其触点未闭合（常开触点）或未打开（常闭触点），这种状态称为原始状态。但看图时，不能完全按原始状态分析，否则很难理解电路所表达的工作原理。因为大多数用电设备都是通过开关、按钮、继电器触点的变化而改变回路的，进而实现不同的电路功能。
一个具有某种功能的电动自行车电路都是由电源正极通过安全装置（熔断器或易熔丝）、控制装置（开关或继电器触点）、用电设备及相应的线路组成。回路分析法就是分析电路的通路情况，回路原则在电动自行车电路上的具体形式是电源正极→导线→开关→用电器→搭铁→同一电源的负极，这样的电路才是正确的，否则就是读错了或查错了。电流流向必须从电源正极出发，经过熔断丝、开关、导线等到达用电设备，再经过导线（或搭铁）回到电源负极。
具体方法是从沿着工作电流的流向，由电源查明用电设备；也可逆着电流的方向，由用电设备查向电源。尤其是查寻一些不太熟悉的电路，后者比前者更为方便。必须注意的是，在上述查找过程中，要特别注意以下两点。
①从电源正极出发，经某用电器（或再经其他用电器），最后又回到同一电源的正极，由于电源的电位差（电压）仅存在电源的正负极之间，电源的同一电极是等电位的，没有电压。这种“从正到正”的途径是不会产生电流的。
②读图时，电流流向必须是从电源的正极出发，回到电源的负极，而不可随意指定其流向。如有时从电源正极出发，经用电器回到同一电源的负极（这是正确的）；有时又从电源的负极出发，经用电器回到电源的正极，这样虽然构成了回路，却因电流方向错误，容易在某些线圈与磁路中引出错误的结论，可能使元器件损坏。
熟悉电动自行车电器及控制装置的结构原理，对分析电气系统的电路原理、理解线路的连接关系及电路故障的诊断与排除都是很重要的。
（1）有刷电机和无刷电机整车电路的区别 其主要区别在于电机和控制器的连接，其他的电路部分相同。
（2）高、低电平刹车整车电路的区别 区别主要在刹车电路部分。低电平刹车，左右闸把的刹车断电开关线并联以后接控制器上的两根刹车断电线，其中一根是负极线，另外一根是低电平刹车信号线。
高电平刹车，左右刹车把的刹车断电开关线并联以后，其中一根接控制器上的高电平刹车线，另外一根接信号电源正极线。如果该车有电压转换器，就接电压转换器输出的+12V，如该车无电压转换器，则接在电源锁后面采用电池电压。
（3）有无电压转换器的区别 整车有电压转换器时，车上所有的灯光、喇叭全是12V供电，刹车可能是高电平的，高电平刹车电源线也是12V的，都接在电压转换器的输出上。
整车没有电压转换器时，车上所有的灯光、喇叭全部接收电池的电压。
（4）各种整车电路的共同原则
①所有的开关都是控制正极线，电门锁也是控制正极线。非常少见的情况下是控制负极线，这时的电动车一般是低电平刹车，并且有刹车灯（大部分低电平刹车的电动车没有刹车灯）。
②如果各开关控制正极线，则车体上所有的负极线都是相通的（除电机外）。即所有的负极线都是一根线，可以相互替代，如果某一个电子器件缺少负极线，没必要专门从电池引一条负极线过来，而是就近找到一根负极线接过来即可。
电动自行车电路图中电气装置的布置顺序为从左到右、从上到下——供电电源（蓄电池）在左，用电设备在右，各局部电路尽量画在一起；“火线”在上，搭铁线在下。在局部电路的原理图中，信号输入（或控制端）在左，信号输出端（或驱动端）在右；“火线”在上，搭铁线在下。电路图识读的方法如下。
（1）了解电路图的特点与规定 电动自行车电路图的表示方式至今还没有统一的规定，不同的生产商绘制的电动自行车电路图都有各自的特点。读图前必须要熟悉该电路图所具有的特点，各种电器的图形符号、导线等。
（2）熟悉电动自行车电路的基本特点 电动自行车电路图的特点是并联、用插接件连接，用电设备连接都是由一根导线与电源的正极相连接，如果该用电设备的电源线还连接其他用电设备，则是与电源之间可能串联了熔断器、开关或继电器等，与其他电气系统都是并联关系。
（3）阅读全图，框划系统 先看全车电路图，根据电路图上的电气图形符号及文字符号，首先对全车电气设备的基本功能作面的了解，再把一个个单独的电器系统框出来（或画出来）。
在框划各个系统时，应注意既不能漏掉各个系统中的组件，也不能多框划其他系统的组件。一般规律是，各电器系统只有电源和总开关是公共的，其他任何一个系统都应是一个完整的、独立的电器回路，即包括电源、开关（保险）、电器（或电子线路）、导线等，并从电源的正极经导线、开关、易熔丝至电器后搭铁，最后回到电源负极，否则所框出的系统图就不正确。
在查找局部电路的过程中，一定要遵守回路原则。各局部电路只有电源是公用的，任何一个用电设备都要自成回路。看电路图时，应先找出电源部分，然后从电源火线到熔断丝、开关，再往下找到用电设备，最后经搭铁回到电源负极。
（4）了解各局部电路之间的内在联系和相互关系 从整车电路来讲，各局部电路除电源电路共用外，其他部分都是独立的，但它们之间存在着内在联系和相互影响。因此，不但要熟悉各局部电路的组成、特点、工作过程和电流流经的路径，而且还要了解各局部电路之间的联系和相互影响。
在分析局部电路的工作过程中，应特别注意开关、继电器触点的工作状态。大多数电气设备都是通过开关、继电器触点状态的变化来改变其回路的，从而实现不同的电路功能。
在电路图上，开关的触点总是处于零位或静态，即开关处于断开状态或继电器线圈处于失电状态。电子开关如初始通电，其初始状态是电路达到稳定工作时的状态；电子开关如初始不通电，其初始状态就是静止时的状态。
（5）通过划分和联系认识整车电路 弄清楚局部电路工作原理后，再来分析各局部电路之间的联系，特别是电源电路的联系，进而弄清楚整车电路的工作原理。
1）找出信号灯光系统 一般电动自行车都具有转向信号灯、制动信号灯、喇叭等装置。这些信号装置属于随时可能使用的短暂工作的电器，都接在常电的接线柱上，只受一个开关的控制，以免耽误信号的发出。
2）找出仪表系统 仪表系统电路都受电源锁控制。
（6）分清相关连接电路的关系 一些电路互相之间存在某种关联，某一电路发生故障有时也会影响到其他电路的工作。因此，对这样一些电路，必须了解它们之间的关系，以便于进行电路原理与故障分析。主要有以下几种关系。
1）并联关系 转向信号电路中同一侧的前后转向灯电路是一种并联关系，它们受同一个闪光器控制，当某个转向灯或电路出现了断路或短路故障后，会因回路的等效电阻改变而使闪光频率改变。因此，当出现单边转向灯闪光频率异常时，就应立即联想到该侧的转向灯电路有故障。
2）控制与被控制关系 继电器线圈电路与继电器触点连接的电路之间是控制与被控制的关系，在分析触点所连接的电路不能正常工作时，除了检查该电路、该电路电器及继电器触点本身的故障可能性外，还应检查继电器线圈电路有无故障（包括线路、继电器线圈及控制开关等）。
电动自行车电路常见双色线的文字符号，由组成双色线的两种颜色的文字符号表示，主色标注在前，辅色标注在后，例如，红/黄线的文字符号是R/Y。电动自行车常见导线名称及颜色见表1-4。
表1-4 电动自行车常见导线名称及颜色
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采用有刷控制器电动自行车的电路图如图1-9所示。工作时蓄电池电压经过20A熔断器，再经接插件、电源锁给整车供电。当打开电源锁，蓄电池就给整车供电。蓄电池给仪表、电喇叭、前照灯、有刷控制器供电。当打开前照灯开关时，蓄电池经限流电阻加到前照灯上，使前照灯点亮。当打开电喇叭开关时，蓄电池电压经振荡器加到电喇叭上，使电喇叭发声。蓄电池电压加到控制器的4、1端，控制器通过调速手柄7、8、9端加到控制器上，从3、2端输出变化的调速电压，可以改变有刷直流电动机的转速。当制动时，制动开关5、6闭合，给控制器传输制动信号，使电动机停转。
图1-9 采用有刷控制器电动自行车的电路图
采用无刷控制器电动自行车的电路图如图1-10所示。工作时，220V交流市电经过。
图1-10 采用无刷控制器电动自行车的电路图
充电器给36V蓄电池充电。在使用电动自行车时，36V蓄电池经过20A熔断器、电源锁，给整车供电。打开电源锁，整车带电。蓄电池给仪表供电，显示蓄电池剩余电量，同时也显示骑行的速度。当打开前照灯开关时，前照灯和夜行灯亮，且仪表中的前照灯指示灯也亮。当打开左侧转向灯时，前左转向灯、后左转向灯和仪表中的左转向灯点亮。当右侧转向开关打开时，前右转向灯、后右转向灯和仪表中的右转向灯点亮。
36V蓄电池给控制器供电，调整调速手把时，将调速电压送给控制器，来改变无刷电动机的电压，也就是来改变无刷电动机的速度。当制动时，左或右闸把信号送给控制器，控制器控制电动机停转。
电动自行车有刷电动机控制器的构成主要有采用运算放大器、采用电压比较器完成PWM电路、采用开关电源集成电路、采用单片机构成智能型4种。控制器电路主要由稳压器与保护电路、锯齿波发生器、PWM调制器、驱动电路、功率放大电路、制动控制电路、调速控制电路等组成，如图1-11所示。
图1-11 有刷控制器电路的组成
外围元器件主要是电阻、传感器、开关电路以及辅助单片机（微处理器集成电路）或专用集成电路，主要用于取样、放大等。而PWM控制集成电路通常内置了锯齿波发生器、PWM调制器、保护电路、驱动电路、控制部件（转把、闸把等）信号接口电路与处理电路等。
输入控制器的信号有闸把信号、调速信号和助力传感器信号等输入。
（1）稳压器 它主要由分离组件或集成电路构成，其作用是将来自蓄电池盒的24V/36V/48V电压变换为5～18V的直流电压，为控制系统低压电路供电。部分控制器采用了DC～DC功率变换器，将24V/36V/48V电压变换为12～18V直流电压。
（2）锯齿波发生器 锯齿波发生器（又称为三角波脉冲）由集成电路内部的多谐振荡器和外接的RC定时组件通过振荡形成锯齿波脉冲。
（3）PWM调制器 PWM（脉冲宽度调制）调制器以PWM控制型集成电路的RS触发器或运算放大器为核心构成。该触发器利用锯齿波脉冲发生器输出的锯齿波脉冲作为触发器信号，再与其他控制信号比较后，产生占空比可调的矩形脉冲信号，即调宽脉冲。
（4）功率放大器 功率放大器对来自驱动电路的PWM激励脉冲进行放大，以便为电机绕组提供驱动电流，使电机旋转。功率放大器多采用大功率型场效应管或复合管IGBT对来自驱动电路的矩形脉冲进行放大，以便驱动电动机旋转。目前，电动自行车无刷电动机控制器都采用了6个大功率型场效应管或IGBT管，而有刷电动机控制器采用的大功率场效应管、EGBT管与输出功率大小有关，最少的是一个，最多的是5个并联使用，一般采用的是2个。
（5）驱动电路 由于PWM电路输出的PWM脉冲不能直接驱动功率放大器，所以经放大后才能驱动功率放大器，驱动电路的作用就是将来自PWM调制器的调宽脉冲进行放大。
驱动电路有的采用分离组件构成，有的采用集成电路构成，其作用是将来自PWM调制器的调宽脉冲进行放大。有刷电动机控制器仅设置了一套驱动电路，而无刷电动机控制器的驱动电路设置了三套构成完全相同的驱动电路。
（6）调速电路 调速信号是电动自行车的速度控制信号、电动机的驱动信号。调速电路就是对来自转把的调速信号进行放大后，为PWM调制器提供比较信号，改变调宽脉冲的占空比，从而实现对功率放大管导通时间的控制，以实现电动机转速的控制。功率放大管导通时间越长，为电动机提供的电流越大，电动机转速越快。
电动自行车的调速转把可控制车速。调速手柄有光电调速手柄和霍尔调速手柄两种，目前大多数电动自行车都采用霍尔调速手柄。调速转把一般引线有三根，即电源线（+5V红线）、调速手柄信号线（绿线）和接地线（黄线）。
（7）制动电路 制动电路由闸把和放大器等构成，它是用来切断电动机旋转的驱动信号。进行制动时，闸把内的机械开关或开关型霍尔组件动作，输出低电平或高电平控制信号给控制器。PWM控制器接收控制信号后，使PWM电路不再输出调宽脉冲，信号放大电路不能为电动机提供驱动电压，电动机停止转动，随后闸把通过钢索使抱闸抱紧，完成制动。
（8）保护电路 保护电路是为了保证控制器或骑行者安全而设置的，大部分控制器都设置了供电电压（蓄电池电压）不足保护（欠压保护）、场效应管过流保护电路，部分控制器还设置了防止“飞车”的保护电路和过热保护、电动机缺相保护、电动机堵转保护等电路。
电动自行车无刷电动机控制器和有刷电动机控制器比较，它们有些电路及其功能相似，如都有内部电源电路，PWM电路和振荡器，欠电压、过电流保护电路等；而有些电路功能相似，但电路组成不同，如驱动电路、输出电路。它与有刷控制器的主要差别如下。
①输入多了一个转子位置信号，这是三个霍尔传感器送来的，由它们来决定6个输出驱动信号的相序。
②输出是三相的共6个驱动信号，这6个信号严格按一定时序排列，分别对应6个三相桥式功率开关管。
③只对6个信号中的3个进行脉宽调制（PWM），一般调制低端驱动。
直流无刷电动机控制器控制电路主要由内部电源电路，位置信号检测放大电路，PWM电路，三相逻辑信号形成电路（包括上臂驱动逻辑信号产生电路、下臂驱动逻辑信号产生电路及脉宽调制信号综合电路），锯齿波振荡器，制动断电电路，A相、B相及C相预驱动电路，三相桥式功率场效应晶体管开关电路，欠压保护电路，过电流保护电路等组成。无刷电动机控制器（简称无刷控制器）由稳压器、三相六拍激励脉冲形成及控制电路、驱动电路、功率放大电路、刹车控制电路、调速控制电路等组成，如图1-12所示。
图1-12 无刷电动机控制器构成方框图
由于不同型号的无刷控制器所使用的集成电路不同，因此，其控制器电路不完全一样，无刷控制器的型号较多，主要有两大类，一是以MCU单片机为核心的无刷控制器，通过编程来满足需要，例如89C2051、AVR、PIC系列单片机等；二是以专用集成电路MC3303×系列为核心的无刷控制器。常用的专用集成电路有MC3305、MC3303、MC33039、A3932SEQ、LB11390等。
对需要维修的充电器，要先看懂电路图。仔细分析电路主要由几部分组成，各部分元件在电路中起什么作用。了解充电器采用哪个类型电路。掌握电路采用的主集成电路属于什么型号和比较器，放大器用的集成电路是什么型号，并要弄清集成电路各脚的功能和周围元件与各脚有什么关系。这样才能对电路中的不同功能进行判别，并且确定其中电流和信号的走向。而后，根据故障现象判断故障发生的原因和故障具体损坏的元件。
充电器的种类多种多样，但结构大致一样，主要区别在所选用的脉宽调制（PWM）集成电路不同（如UC3845、UC3842、SG3524、TL494等）。开关管激励脉冲（PWM脉冲）的占空比控制有调宽控制或调频调宽控制两种。调宽控制与调频调宽控制的区别是，如该机开关电源采用脉冲触发方式，说明该机的开关管激励脉冲的占空比控制为调宽方式；如该机未采用脉冲触发方式，则该机的开关管激励脉冲的占空比控制为调频调宽方式。
充电器一般都由整流模块，滤波模块，过压、过流保护模块，脉冲充电电路，PWM电路，DC～DC功率转换电路等部分组成。其作用是将220V市电转变为约300V的直流电压，经高压开关和电压变换电路，得到所需的直流充电电压。
充电器内的主要元器件有脉宽调制专用集成电路、电压比较放大器、开关管、整流二极管、驱动三极管、电阻、电容及变压器等。
现代脉冲智能充电器还以高频开关电源技术为基础，嵌入先进的智能控制数字电路，采用智能检测和控制技术来调节充电器的脉冲输出比例，实现可控去极化功能。充电器在充电过程中采用了自适应技术，能实时地检测蓄电池的充电情况，自动调整充电器的充电模式，实现最佳模式控制，且具有完善的保护功能，最大限度地保证了充电器工作的稳定性和可靠性。
目前，电动自行车大多采用开关电源型充电器，虽然型号规格较多，但它们内部电路的结构基本相同，它们的主要区别是选用的脉宽调制集成电路不同，如UC3842、UC3843、UC3845系列单激式充电器和TL494系列半桥式充电器。
可以通过查阅有关集成电路应用手册了解各引脚的作用。知道了各引脚的作用后，分析各引脚外电路工作原理和电子元器件的作用就方便了。例如，知道①脚是输入引脚，那么与①脚串联的电路就是输入端耦合电路，与①脚相连的电路则是输入电路。
有三种方法，即查阅有关资料、根据集成电路的内电路框图进行分析、根据集成电路应用电路中各引脚外电路的特征进行分析。
1）直流电路分析 主要是进行电源和接地引脚外电路的分析。需要注意，如电源引脚有多个时要分清这几个电源之间的关系。例如，是否是前级、后级电路的电源引脚，对多个接地引脚也要这样分清。分清多个电源引脚和接地引脚，对修理工作是十分有用的。
2）信号传输分析 主要分析信号输入引脚和输出引脚的外电路。当集成电路有多个输入、输出引脚时，要弄清楚是前级还是后级电路的输入，输出引脚。
3）其他引脚外电路的分析 可借助于介绍引脚作用的资料或内电路框图进行分析。
4）电路规律分析 有了一定的识图能力后，要学会总结各种集成电路引脚外电路的规律，并要掌握这种规律。例如，输入引脚外电路的规律，是通过一个耦合电容或一个耦合电路与前级电路的输出端相连。输出引脚外电路的规律，是通过一个耦合电路与后级电路的输入端相连。
5）电路框图分析 分析集成电路内电路对信号进行放大、处理过程时，最好查阅该集成电路内电路框图。分析内电路框图时，可以通过信号传输线路中的箭头指示，知道信号经过了哪些电路的放大或处理，最后信号从哪个引脚输出。
6）关键测试点和引脚直流工作电压分析 了解集成电路的一些关键测试点和引脚直流工作电压规律对维修电路是十分有用的。当集成电路两个引脚之间接有电阻时，该电阻将影响这两个引脚上的直流电压；当两个引脚之间接有线圈时，这两个引脚的直流工作电压是相等的，如不相等，必定是线圈开路了；当两个引脚之间接有电容或接RC串联电路时，这两个引脚的直流工作电压肯定不相等，如相等说明该电容已经被击穿。
一般情况下不必去分析集成电路内电路的工作原理。
印制电路板图是用来表示电路原理图中各元器件在实际电路板上的位置的电路图。识读印制电路板图的目的是寻找元器件在实际电路板上的具体位置，为安装、调制与维修做准备。
必须注意的是，元器件在电路板上的实际位置是与电路原理图的位置有较大出入的。
（1）接地面积大 印制电路板中，大面积铜箔线路是电路原理图上的地线，通常地线是相通的。
（2）抓住主要元器件 电动自行车电子电路中主要元器件如晶体管、集成电路等，因为它们在图中的数量较少，比较容易找到。
（3）根据元器件的分布规律去寻找 虽然印制电路板上的元器件分布不按电路原理图上的排列分布，但是某一级电路中的元器件基本上是集中在一起的。如集成电路各引脚上的元器件基本在集成电路附近。
（4）根据一些元器件的特征去寻找 例如，每块集成电路上面都印有型号，根据型号可确定所要找的集成电路。体积最大的电解电容是电源滤波电容。