提高電動自行車的直流無刷電機控制功能

摘要：電動自行車方案 根據控制對象電動機的不同，控制器可分為直流有刷電機控制器和直流無刷電機控制器，直流無刷電機采用電子換向原理工作，其控制過程比有刷電機復雜得多，因此對控制器質量的要求也高得多。

關鍵詞：電動自行車；電機控制；直流無刷電機控制；Deadtime控制

中國電動車市場狀況

　　根據市場不完全統計，2007年產銷量約為1250萬輛，2008年中國電動車市場總量可能接近2000萬輛左右。其中一線市場的成長空間有限，而成長主要來源于中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)這些二三線市場， 過去和目前電動車銷售的主戰(zhàn)場是大中小城市的青年人和農民工。而專家預計，將來電動車的主要客戶群是中老年人、職業(yè)女性和廣大農村消費者等三類。實際上，農村市場正在逐步成為日后電動車行業(yè)增長的新亮點， 據此估算，2010年，中國輕型電動車的產銷量將可能達到3000萬輛，出口量將可能達到500~600萬輛。實現工業(yè)產值700億元，包括上下游帶動產值的產業(yè)總體規(guī)模將達到1300億。

　　伴隨輕型電動車的生產和消費繁榮，中國已經形成全球最大規(guī)模的輕型電動車配套產業(yè)體系，并在浙江、江蘇和天津形成了重要的產業(yè)集群和成型的服務網絡，成為“長三角”產業(yè)結構升級中的一個新亮點。而上海和山東近年電動車生產企業(yè)數量也在急劇增加。

　　但自去年2007下半年到今年2008上半年 受到幾個因素影響， 電動車市場 稍微停滯整理， 首先是面臨各地政策風險不一，各地政府仍有不同看法。如2007年，繼?？?、廣州等禁“電”后，沈陽、廈門、常州也紛紛加入了這個行列。因此目前電動自行車的發(fā)展，在各地還面臨著一定的政策變化風險。再者就是鉛酸充電電池引起的環(huán)境污染污染與回收問題， 使得管理政策上趨于保守， 但較先進的充電電池又面臨成本過高， 量產不易等問題， 所以充電電池問題如果能解決，對電動車市場必會有另一波高成長期。
　　
改善直流無刷電機控制質量

　　電動自行車方案 根據控制對象電動機的不同，控制器可分為直流有刷電機控制器和直流無刷電機控制器，有刷電機控制較簡單，但因其電刷易磨損的電刷帶來的維修保養(yǎng)工作量相對較大、使用壽命相對較短等缺點。且大電流時碳刷和碳刷接觸壓降及碳粉短路換向器引起效率較低。無刷電機是一種特殊的直流電機，它采用內置傳感器外加電子換向器的方法進行電子換向，無刷電機主要是為了消除電刷的磨損，以及電刷接觸所產生的噪聲。但直流無刷電機采用電子換向原理工作，其控制過程比有刷電機復雜得多，因此對控制器質量的要求也高得多。目前一些新產品使用無刷直流電機，在電動汽車上大多使用無刷電機。

圖1  義隆電子直流無刷馬達控制開發(fā)板

　　目前電動自行車采用的直流無刷電機都是三相電機，電角度有60度和120度兩種。電機極數大部分為18極，也有16極、20極等。控制器根據霍爾回饋的電機電極位置，控制相應的功率驅動管的開通或關斷，在定子中產生旋轉磁場，驅動電機的轉子轉動。

　　早期義隆電子即與客戶合作開發(fā) 電動自行車控制模塊， 兩年前ADC type 4K 功規(guī) MCU 推出后 ， 因抗干擾特性良好， 客戶即節(jié)省許多外圍抗干擾組件， 降低成本， 今年更推出直流無刷馬達專用單芯片， 除整合度更高外 ， 還使用 Flash 制程， 方便客戶程序更新升級， 內置 EEPROM 可儲存馬達控制參數及防盜密碼。此外， 一般馬達控制中困難度最高的相位Deadtime 控制， 一不小心，往往造成同時導通 使昂貴高壓 MOS管燒毀， 也增加開發(fā)及量產測試很大困擾， 義隆電子使用直流無刷馬達專用單芯片的電動自行車方案， 內置獨特的Deadtime Control功能， 可以經由單芯片內的硬件，實時且自動的將不同馬達相位轉換的Deadtime 做有效控制， 減少程序開發(fā)時間及失誤， 此芯片還內置 強大程序保護機制， 防止抄版，保護原程序

圖2  義隆電子電動自行車控制模塊

　　電動自行車除提供Flash及內置 EEPROM， 方便開發(fā)外， 高整合性 也很重要， 義隆電子提供的直流無刷馬達專用單芯片，內置比較器/運算放大器/ADC 做 過壓，過流等保護， 實時的中斷控制與PWM聯動 ，能精確的控制馬達 轉速， 加速 減速 及 EABS (Ebike Anti-lock Braking System) ，內建PGA(Programmable Gain Amplify)透過與 ADC連接， 達到實時中斷控制， 使過流保護更完整， 外部中斷驅動腳， 可使用于無霍爾的相位控制，內建強制關掉PWM功能， 在過載時能實時關掉PWM ，保護MOS管， UART， SPI 界面， 可與表頭連接 ，方便外圍程序開發(fā)，LVD(Low Voltage Detect) 在電池低壓時，自動提示功能 ，LVR(Low Voltage Reset)低壓自動復位， 避免誤動作，目前產品提供 28/32 PIN 直插及貼片不同封裝， 方案已與大廠合作開發(fā)中。

　　除Deadtime控制及無霍爾控制方案外， 此直流無刷馬達專用單芯片 還適用于節(jié)能高效率風扇 ， 吊扇， 家電半橋功率控制及航模， 未來義隆電子也將提供系列馬達變頻控制產品， 讓整體馬達控制產品線更齊全。

參考文獻：

　　1.  迎九，電動自行車：技術市場趨勢，電子產品世界，2008.3