提高電動(dòng)自行車的直流無(wú)刷電機(jī)控制功能

摘要：電動(dòng)自行車方案 根據(jù)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)的不同，控制器可分為直流有刷電機(jī)控制器和直流無(wú)刷電機(jī)控制器，直流無(wú)刷電機(jī)采用電子換向原理工作，其控制過(guò)程比有刷電機(jī)復(fù)雜得多，因此對(duì)控制器質(zhì)量的要求也高得多。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車；電機(jī)控制；直流無(wú)刷電機(jī)控制；Deadtime控制

中國(guó)電動(dòng)車市場(chǎng)狀況

　　根據(jù)市場(chǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，2007年產(chǎn)銷量約為1250萬(wàn)輛，2008年中國(guó)電動(dòng)車市場(chǎng)總量可能接近2000萬(wàn)輛左右。其中一線市場(chǎng)的成長(zhǎng)空間有限，而成長(zhǎng)主要來(lái)源于中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)這些二三線市場(chǎng)， 過(guò)去和目前電動(dòng)車銷售的主戰(zhàn)場(chǎng)是大中小城市的青年人和農(nóng)民工。而專家預(yù)計(jì)，將來(lái)電動(dòng)車的主要客戶群是中老年人、職業(yè)女性和廣大農(nóng)村消費(fèi)者等三類。實(shí)際上，農(nóng)村市場(chǎng)正在逐步成為日后電動(dòng)車行業(yè)增長(zhǎng)的新亮點(diǎn)， 據(jù)此估算，2010年，中國(guó)輕型電動(dòng)車的產(chǎn)銷量將可能達(dá)到3000萬(wàn)輛，出口量將可能達(dá)到500~600萬(wàn)輛。實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值700億元，包括上下游帶動(dòng)產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模將達(dá)到1300億。

　　伴隨輕型電動(dòng)車的生產(chǎn)和消費(fèi)繁榮，中國(guó)已經(jīng)形成全球最大規(guī)模的輕型電動(dòng)車配套產(chǎn)業(yè)體系，并在浙江、江蘇和天津形成了重要的產(chǎn)業(yè)集群和成型的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，成為“長(zhǎng)三角”產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)中的一個(gè)新亮點(diǎn)。而上海和山東近年電動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)數(shù)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(gè)因素影響， 電動(dòng)車市場(chǎng) 稍微停滯整理， 首先是面臨各地政策風(fēng)險(xiǎn)不一，各地政府仍有不同看法。如2007年，繼海口、廣州等禁“電”后，沈陽(yáng)、廈門、常州也紛紛加入了這個(gè)行列。因此目前電動(dòng)自行車的發(fā)展，在各地還面臨著一定的政策變化風(fēng)險(xiǎn)。再者就是鉛酸充電電池引起的環(huán)境污染污染與回收問(wèn)題， 使得管理政策上趨于保守， 但較先進(jìn)的充電電池又面臨成本過(guò)高， 量產(chǎn)不易等問(wèn)題， 所以充電電池問(wèn)題如果能解決，對(duì)電動(dòng)車市場(chǎng)必會(huì)有另一波高成長(zhǎng)期。
　　
改善直流無(wú)刷電機(jī)控制質(zhì)量

　　電動(dòng)自行車方案 根據(jù)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)的不同，控制器可分為直流有刷電機(jī)控制器和直流無(wú)刷電機(jī)控制器，有刷電機(jī)控制較簡(jiǎn)單，但因其電刷易磨損的電刷帶來(lái)的維修保養(yǎng)工作量相對(duì)較大、使用壽命相對(duì)較短等缺點(diǎn)。且大電流時(shí)碳刷和碳刷接觸壓降及碳粉短路換向器引起效率較低。無(wú)刷電機(jī)是一種特殊的直流電機(jī)，它采用內(nèi)置傳感器外加電子換向器的方法進(jìn)行電子換向，無(wú)刷電機(jī)主要是為了消除電刷的磨損，以及電刷接觸所產(chǎn)生的噪聲。但直流無(wú)刷電機(jī)采用電子換向原理工作，其控制過(guò)程比有刷電機(jī)復(fù)雜得多，因此對(duì)控制器質(zhì)量的要求也高得多。目前一些新產(chǎn)品使用無(wú)刷直流電機(jī)，在電動(dòng)汽車上大多使用無(wú)刷電機(jī)。

圖1  義隆電子直流無(wú)刷馬達(dá)控制開(kāi)發(fā)板

　　目前電動(dòng)自行車采用的直流無(wú)刷電機(jī)都是三相電機(jī)，電角度有60度和120度兩種。電機(jī)極數(shù)大部分為18極，也有16極、20極等?？刂破鞲鶕?jù)霍爾回饋的電機(jī)電極位置，控制相應(yīng)的功率驅(qū)動(dòng)管的開(kāi)通或關(guān)斷，在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　早期義隆電子即與客戶合作開(kāi)發(fā) 電動(dòng)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(wú)刷馬達(dá)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(jí)， 內(nèi)置 EEPROM 可儲(chǔ)存馬達(dá)控制參數(shù)及防盜密碼。此外， 一般馬達(dá)控制中困難度最高的相位Deadtime 控制， 一不小心，往往造成同時(shí)導(dǎo)通 使昂貴高壓 MOS管燒毀， 也增加開(kāi)發(fā)及量產(chǎn)測(cè)試很大困擾， 義隆電子使用直流無(wú)刷馬達(dá)專用單芯片的電動(dòng)自行車方案， 內(nèi)置獨(dú)特的Deadtime Control功能， 可以經(jīng)由單芯片內(nèi)的硬件，實(shí)時(shí)且自動(dòng)的將不同馬達(dá)相位轉(zhuǎn)換的Deadtime 做有效控制， 減少程序開(kāi)發(fā)時(shí)間及失誤， 此芯片還內(nèi)置 強(qiáng)大程序保護(hù)機(jī)制， 防止抄版，保護(hù)原程序

圖2  義隆電子電動(dòng)自行車控制模塊

　　電動(dòng)自行車除提供Flash及內(nèi)置 EEPROM， 方便開(kāi)發(fā)外， 高整合性 也很重要， 義隆電子提供的直流無(wú)刷馬達(dá)專用單芯片，內(nèi)置比較器/運(yùn)算放大器/ADC 做 過(guò)壓，過(guò)流等保護(hù)， 實(shí)時(shí)的中斷控制與PWM聯(lián)動(dòng) ，能精確的控制馬達(dá) 轉(zhuǎn)速， 加速 減速 及 EABS (Ebike Anti-lock Braking System) ，內(nèi)建PGA(Programmable Gain Amplify)透過(guò)與 ADC連接， 達(dá)到實(shí)時(shí)中斷控制， 使過(guò)流保護(hù)更完整， 外部中斷驅(qū)動(dòng)腳， 可使用于無(wú)霍爾的相位控制，內(nèi)建強(qiáng)制關(guān)掉PWM功能， 在過(guò)載時(shí)能實(shí)時(shí)關(guān)掉PWM ，保護(hù)MOS管， UART， SPI 界面， 可與表頭連接 ，方便外圍程序開(kāi)發(fā)，LVD(Low Voltage Detect) 在電池低壓時(shí)，自動(dòng)提示功能 ，LVR(Low Voltage Reset)低壓自動(dòng)復(fù)位， 避免誤動(dòng)作，目前產(chǎn)品提供 28/32 PIN 直插及貼片不同封裝， 方案已與大廠合作開(kāi)發(fā)中。

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

參考文獻(xiàn)：

　　1.  迎九，電動(dòng)自行車：技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì)，電子產(chǎn)品世界，2008.3