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鎮這些二三線市場，過去和目前電動車銷售的主戰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。實現工業產值700億元，包括上下游帶動產值的產業總體規模將達到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模的輕型電動車配套產業體系，并在浙江、江蘇和天津形成了重要的產業集群和成型的服務網絡，成為“長三角”產業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，繼海口、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。

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電動自行車控制模塊，兩年前ADC type 4K功規MCU推出后，因抗干擾特性良好，客戶即節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。

電動自行車除提供Flash及內置EEPROM，方便開發外，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 BrakingSystem)，內建PGAfProgrammable GainAmplify)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，LVD(Low VoltageDetect)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。