SPMC75F2313A在電動(dòng)自行車中的應(yīng)用

引 言
　　我國是世界上把自行車作為交通工具和使用量最大的國家，目前自行車擁有量近5億輛，其中電動(dòng)自行車近年來發(fā)展迅猛，產(chǎn)量連年成倍增長，2004年產(chǎn)量已達(dá)到676萬輛，2005年也在1000萬輛左右。長三角、珠三角、環(huán)渤海灣則是電動(dòng)車的重要生產(chǎn)基地。業(yè)界人士稱，在5億輛的自行車中，如果其中的10％以電動(dòng)自行車替代，就是5000萬輛，以平均每輛2000元來計(jì)算，最保守的估計(jì)也是1000億元的大蛋糕，市場前景十分廣闊。
　　這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動(dòng)SPMC75系列芯片的應(yīng)用，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證其性能，走進(jìn)國內(nèi)各家電生產(chǎn)廠家。

1工作原理
　　電動(dòng)自行車是具有電力驅(qū)動(dòng)、腳踏驅(qū)動(dòng)、電力和腳踏并用等功效的綠色環(huán)保交通工具。電動(dòng)自行車的原理和結(jié)構(gòu)都不復(fù)雜，可以認(rèn)為是在自行車的基礎(chǔ)上加一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成(見圖 1?1)。蓄電池經(jīng)過一個(gè)控制器給一個(gè)電機(jī)送電，電機(jī)放在后車輪中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)自行車的行進(jìn)。電動(dòng)自行車的控制器連接一個(gè)調(diào)速手柄，在腳踏中軸上裝有助力傳感器，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速手柄可以讓控制器檢測到不同的電壓值，控制器根據(jù)電壓值大小，模擬調(diào)節(jié)輸送給電機(jī)電壓的高低，從而控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖 1－1電動(dòng)自行車控制方框圖

　　控制器無刷電機(jī)控制的方法是根據(jù)電機(jī)的位置反饋信號(hào)，控制電機(jī)三相驅(qū)動(dòng)上下臂MOS管的導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)電子換向。如下圖所示，電機(jī)為三角形連接，三相驅(qū)動(dòng)上下臂各MOS管導(dǎo)通順序組合為:V1-V2，V2-V3, V3-V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6。

圖 1－2驅(qū)動(dòng)電路

2系統(tǒng)方框圖
　　電動(dòng)自行車采用SPMC75F2313A作為主控MCU。MCU主要任務(wù)是進(jìn)行1：1助力、調(diào)速電壓檢測、電池電壓檢測、電流檢測、過流中斷檢測、3路霍爾位置檢測、在線調(diào)試功能、異常顯示輸出、剎車控制、6路電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出、速度顯示接口、高速限速。系統(tǒng)方框圖如下：

3控制器電氣規(guī)格
　　★使用馬達(dá)：直流無刷 　　 ★輸出功率：500W
　　★輸入電壓：48/36V DC ★額定電流：低速(35A)/高速(25A)
★使用溫度：-40度～120度 ★欠壓保護(hù)：41V/31V±1V
★控制器耗電量：正常模式3瓦，省電模式1.5瓦

4控制器功能介紹
　　　 ◆零啟動(dòng) ◆1:1助力
◆自動(dòng)巡航 ◆自動(dòng)辨向
◆速度顯示 ◆堵轉(zhuǎn)斷電
◆高速限速 ◆剎車控制
◆反轉(zhuǎn)無阻尼 ◆啟動(dòng)低噪音
◆智能省電模式◆故障顯示輸出
◆電機(jī)相角120度◆電子軟剎車（EBS）
◆MCU內(nèi)建位置檢測抗干擾界面

4.1 電機(jī)相角
　　可提供給霍爾訊號(hào)相差120度電機(jī)使用。

4.2 1:1助力
1:1助力是指在沒有旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把，電動(dòng)車電源打開時(shí)，電動(dòng)車會(huì)根據(jù)騎行者的騎行速度提供1:1助力。

4.3 電子軟剎車（EBS）
　　提供智能電子煞車功能，保證在煞車后、較短距離內(nèi)穩(wěn)住車輛。

4.4 欠壓保護(hù)
　　提供準(zhǔn)確的電壓偵測，并由軟件判別，可精準(zhǔn)的掌握電池電壓值、且不會(huì)在欠壓邊界開開關(guān)關(guān)，可避免過度放電，損害電池。此低電壓值可由軟件設(shè)定。

4.5 自動(dòng)辨相
　　可提供使用者任意連接馬達(dá)三條線，并由外部輸出線決定是否進(jìn)行識(shí)別變相。

4.6 速度顯示
　　直接回饋馬達(dá)電壓訊號(hào)或是霍爾訊號(hào)，提供儀表指示使用

4.7 自動(dòng)巡航
　　把手柄轉(zhuǎn)到所需的角度，使電動(dòng)車達(dá)到某一行車速率，在8秒(時(shí)間可設(shè)定)內(nèi)不轉(zhuǎn)動(dòng)，則電動(dòng)車就可以讓車子保持在這個(gè)速度上。按下煞車可解除巡行功能或轉(zhuǎn)把回復(fù)后再轉(zhuǎn)動(dòng)即可解除。

4.8 輸出電壓波形
　　提供方波電壓波形輸出。

4.9 翻轉(zhuǎn)無阻尼
　　向后推進(jìn)無阻力，倒轉(zhuǎn)輕松。

4.10 堵轉(zhuǎn)斷電
　　由軟件智能偵測馬達(dá)堵轉(zhuǎn)條件，并可斷電延時(shí)保護(hù)，延時(shí)時(shí)間可由軟件設(shè)定。

4.11 高速限速
　　由短路線設(shè)定最大轉(zhuǎn)速，使用短路線短路時(shí)可降低最大轉(zhuǎn)速，開路時(shí)可轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)速。

4.12 零啟動(dòng)
　　啟動(dòng)時(shí)，不須腳踩，用手把控制也可啟動(dòng)。

4.13 智能省電模式
　　電源啟動(dòng)一段時(shí)間后，如果用戶沒有輸入任何工作指令，控制器便轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省蓄電池電量。

4.14 MCU內(nèi)建位置檢測抗干擾界面
　　強(qiáng)大的變頻控制芯片，硬件上提供了霍爾訊號(hào)回饋界面，此界面同時(shí)提供抗噪聲及抗干擾功能，提供更準(zhǔn)確的換向，提高馬達(dá)效率，并減少不當(dāng)換向。

4.15 高精度轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器
　　強(qiáng)大的變頻控制芯片，內(nèi)含16位轉(zhuǎn)速界面計(jì)數(shù)器，可提高速度計(jì)算的精準(zhǔn)度，避免轉(zhuǎn)速抖動(dòng)等現(xiàn)象。

4.16 啟動(dòng)低噪音
　　起動(dòng)時(shí)，含電流波形修正，噪音低，低振動(dòng)，以符合需求。

5芯片特性簡介
　　本設(shè)計(jì)選用SPMC75f2313A*LQFP44單片機(jī)，內(nèi)核采用凌陽科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的μ' nSP16位微處理器，集成了多種功能模塊：多功能 I/O 口、串行口、 ADC 、定時(shí)計(jì)數(shù)器等常硬件模塊，以及能產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)波形的 PWM 發(fā)生器、多功能的捕獲比較模塊、 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用位置偵測接口、兩相增量編碼器接口等特殊硬設(shè)。
　　SPMC75f2313A*LQFP44封裝如圖 5?1所示，芯片的具體特性如下：

圖 5－1 SPMC75f2313A～LQFP44封裝

6結(jié)語
　　SPMC75 系列單片機(jī)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于變頻家電、變頻器、工業(yè)控制等控制領(lǐng)域。