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面向电动自行车的高效的8位微控制器解决方案电缆桥架

2022年11月23日

面向电动自行车的高效的8位微控制器解决方案

面向电动自行车的高效的8位微控制器解决方案 2011：摘要：“尺寸小巧但功能强大”，英飞凌XC864将成为新兴电动自行车市场最流行的微控制器。这款8位微控制器采用TSSOP-20小型封装，并带有适用于三相无刷直流电机应用的CAPCOM电机控制模块。脚踏板运动通过计时器2（Timer2）来测量，以计算协助骑车人顺利骑行所需的助力。此外，它还有过流与过压保护功能。应用背景将电机集成于自行车，协助骑车人减少踩脚踏板所费体力，已成为一种不断发展的趋势。本文讨论电动自行车采用电子控制单元（ECU），根据骑车人踩脚踏板所付出的体力来提供相应的电动助力。微控制器相当于ECU的大脑，负责三相无刷直流电机的换相及处理骑行所需电动助力。三相无刷直流电机以其耐用性、线性控制特性、高效以及优秀的转矩体积比在电动自行车市场备受欢迎。对于无刷直流电机控制而言，确定转子位置和实现复杂控制机制较为棘手和困难。英飞凌针对电机驱动系统提供了多种微控制器——从功能全面的8位和16位微控制器到能控制任何电机驱动系统并集成外设的32位TriCore微控制器。电动自行车——不断增长的全球市场行业报告预测未来5的模拟电压水平进行转换。10位ADC的典型总不可调误差为+/-1 LSB，这将为模拟读数（对于电流测量特别适用）提供高分辨率与精确度。用于电机控制的同一CAPCOM计时器，可作为ADC的触发器用于电池监控。ADC的限值检测特性允许只在过压或欠压时产生中断。大多数时间，电池在容限范围内运行良好，所以ADC无需中断CPU。只有在过压或欠压条件下，ADC才会对中断CPU。

图注：Over-voltage：过压Nominal Voltage @ 24V：额定电压为24VTolerance: 20 to 28 V：容限范围：20至28VUnder-voltage：欠压Behaviour of Battery：电池行为ADC Interrupt generated：生成的ADC中断No ADC Interrupt：无ADC中断ADC boundary interrupt：ADC边界中断电动自行车参考解决方案英飞凌开发了一组应用套件，展示了采用英飞凌低成本、高价值8位XC866微控制器的电动自行车应用的硬件与固件实施情况。此套件支持霍尔传感器与无传感器这两种三相无刷直流电机。它还支持24V、36V和48V全系列电池并可驱动高达750W的电机。额定电压 24V至48V额定功率高达750W微控制器 XC866MOSFET IPP120N06NIC驱动 6ED003L06-F该微控制器可通过IC驱动器或分立元件对电机进行驱动。IC驱动器可在早期开发阶段提供保护。最终产品将由于成本因素而采用基于分立元件的设计。用户可使用引导加载选项通过JTAG连接或UART连接下载程序。

与电动自行车应用套件配套的还有电动自行车软件库。可对此软件库的功能进行逐个启用。此软件库占用1713字节代码空间和29字节RAM空间。英飞凌电动自行车硬件板载源代码为电动自行车制造商提供了一个快速开发的环境。车把控制• 控制基于车把位置的占空比电池电压监控• 如果电池电压低于阈值限值，则减少PWM过流监控• 如果电池电流高于阈值限值，则减少PWM电机控制代码生成——DAvE DriveDavE Drive是应用代码生成器，适用于利用英飞凌8位与16位微控制器对永磁同步电机与无刷直流电机进行控制。它是一款基于图形用户界面（GUI）的软件工具，可允许应用开发人员以十分高效的方式对用于三相无刷同步电机控制的XC866/XC88x/XC878/XE164软件进行配置。有了DAvE Drive，开发人员只需点击鼠标即可完成对电机选择、电机转速、控制类型和其他各种选项的代码优化。DAvE Drive充分利用英飞凌微控制器的功能，譬如它用矢量计算机生成适用于XC800的优化FOC代码，而这一般是具有电机控制与汇编编程知识的专家才能完成。DAvE Drive是以应用为中心的DAvE（英飞凌数字应用虚拟工程师）插件。DAvE提供初始化、配置与驱动代码，以减轻初学者和专家的编程负担。该工具生成完整的算法源代码，可用热门编译工具如Keil或Tasking编译器进行编译与调试。

图注：CONTROL ALGORITHM：控制算法CONTROL PANEL：控制板DAvE MCU：DAvE微控制器POWER：电源SENSOR：传感器MOTOR：电机面向高效驱动与自动化的可扩展电机控制英飞凌8位微控制器组合可为各种电机控制解决方案提供适当的器件。从无传感器电机的简单阻塞换相到高效磁场定向控制，以及电机电源的功率因素校正。诸如Clarke/Park转换与PI-控制器等FOC算法与复杂数学功能已植入新XC83x器件的ROM代码中。这可以为用户节省出更多的可用闪存空间。

图注：MCU Performance：微控制器性能Block Commutation：阻塞换相Hall Sensors：霍尔传感器Sinusoidal Commutation：正弦换相Vector Computer：矢量计算机Field-Oriented Control：磁场定向控制Sensorless：无传感器2 Separate PWM Signals：2个独立PWM信号Sensorless+PFC：无传感器+功率因素校正Motor Control Efficiency：电机控制效率结论不断增长的电动自行车等电动车辆市场，需要低成本与高效控制解决方案。英飞凌以合适的硬件、固件和GUI配置工具为电动自行车制造商提供快速开发解决方案。XC864为电动自行车提供了卓越的解决方案，它通过其CAPCOM和ADC等高级外设的集成为电动自行车等三相无刷直流电机控制应用提供了无缝解决方案。计时器2的时间测量功能则为电动自行车应用带来进一步支持。此外，它还具有过流与过压保护功能。