電動(dòng)自行車80%以上故障是由霍爾電機(jī)引起。
無(wú)霍爾傳感器一直是控制器廠家和電動(dòng)自行車生產(chǎn)商追求的一個(gè)方向，因?yàn)榛魻栐子趽p壞，通常1~3年就會(huì)壞掉(有霍爾傳感器電機(jī)的故障80%以上是由于霍爾電路出問題造成的)，這樣廠家的維修成本上升；而無(wú)傳感器電機(jī)則具有成本低，維護(hù)成本更低的優(yōu)勢(shì)，且電機(jī)引線從8根變?yōu)?根，使接線調(diào)試都大為簡(jiǎn)化。但是，英飛凌科技亞太公司汽車工業(yè)與多元化電子市場(chǎng)事業(yè)部微控制器高級(jí)總監(jiān)石敬巖指出：“由于電動(dòng)車的無(wú)傳感器實(shí)現(xiàn)非常困難，主要難點(diǎn)在于行駛路面情況復(fù)雜，負(fù)載情況變化大等，所以零啟動(dòng)的無(wú)霍爾傳感器方案實(shí)現(xiàn)到目前為止，還沒有特別好的大批量使用的例子。因此目前來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)上還是以有霍爾的方案為主，但無(wú)霍爾傳感器一定會(huì)是將來(lái)的主流。當(dāng)然還有一種非零啟動(dòng)無(wú)霍爾的方案，目前主要用在帶腳踏板的車型上。”
Microchip高級(jí)應(yīng)用工程師夏宇紅也同意他的觀點(diǎn)，他認(rèn)為目前市面上九成以上都是有傳感器的方案，無(wú)傳感器的方案尚在研發(fā)中，并未大量使用。他表示：“無(wú)傳感器方案目前還有些技術(shù)瓶頸，比如開環(huán)啟動(dòng)時(shí)的定位轉(zhuǎn)子，啟動(dòng)力矩不夠(可能需要助力才能啟動(dòng))，轉(zhuǎn)速慢時(shí)可能丟失過零點(diǎn)導(dǎo)致車速變化而產(chǎn)生安全問題，另外，帶有電機(jī)控制專用PWM模塊的單片機(jī)也相應(yīng)價(jià)格高得多。”
不過，微控制器廠商表示他們已在無(wú)霍爾傳感器方案上取得了很大的進(jìn)步。石敬巖透露英飛凌已能提供零啟動(dòng)無(wú)霍爾傳感器的核心算法，“目前已經(jīng)完成了最重要的部分。在今年一月我們?cè)谔旖蚺e辦的研討會(huì)上，部分客戶嘗試了一下，反響相當(dāng)不錯(cuò)。如啟動(dòng)有力平穩(wěn)，無(wú)后退等其它方案常見的問題。最近我們又對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，啟動(dòng)的噪音大為降低，爬坡能力進(jìn)一步增強(qiáng)。”他說(shuō)道。他進(jìn)一步解釋，英飛凌的無(wú)霍爾傳感器方案，無(wú)需添加復(fù)雜的外圍電路或其它IC，只需在有霍爾的傳感器電路上添加一些簡(jiǎn)單的電路即可。“在性能方面，我們也非常有信心，至少在目前來(lái)看，我們的方案是最為接近有霍爾方式的。我們正準(zhǔn)備和一些企業(yè)合作，把我們的算法盡快完善和盡快推向市場(chǎng)。”石敬巖說(shuō)道。
目前用于有霍爾傳感器的MCU以8位主打，未來(lái)無(wú)霍爾傳感器將邁向16位MCU。
針對(duì)無(wú)霍爾傳感器電機(jī)控制方案，有些廠商仍采用8位MCU，而一些廠商則采用了16位MCU。英飛凌在無(wú)霍爾傳感器方案中推薦使用XC866-2FR, 它和846性能差不多，但程序空間增加到8KB。石敬巖特別強(qiáng)調(diào)：“值得一提的是XC866-2FR與用于有傳感器的XC846不僅管腳兼容，而且程序也是可以方便移植的，因此客戶可以方便地從帶傳感器方案過渡到無(wú)傳感器方案。”
而在Microchip的無(wú)霍爾傳感器方案中，他們推薦使用dsPIC系列16位單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)控制器，夏宇紅表示：“它們具有電機(jī)控制PWM模塊，易于實(shí)現(xiàn)BLDC無(wú)傳感器方案。”
ZiLOG亞洲副總裁及執(zhí)行理事王祿銘則表示在他們的無(wú)霍爾傳感器方案中，仍舊可以用有傳感器方案中的Z8FMC系列，同時(shí)他推薦客戶未來(lái)可以選擇正在開發(fā)中Z8FMC系列，“這些單片機(jī)均為電動(dòng)自行車特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASAP)。”他解釋說(shuō)，“同時(shí)，我們的8位電機(jī)控制芯片可以實(shí)現(xiàn)16位或32位芯片的功能。”
另一家主流的電動(dòng)自動(dòng)車控制器廠商N(yùn)EC的下一代無(wú)傳感器方案中會(huì)推薦使用16位MCU。
而對(duì)于目前主流的有傳感器方案，大家都是以8位MCU主打。以下是幾家控制器廠商有傳感器方案的介紹。
有霍爾傳感器方案推介
英飛凌XC846單片機(jī)方案是專門針對(duì)有帶傳感器電動(dòng)車方案推出的。主要的特點(diǎn)為：
1. 專用電機(jī)控制單元CCU6E，帶有7路高精度PWM輸出。
可以實(shí)現(xiàn)死區(qū)控制和硬件同步整流。
2. 快速ADC，轉(zhuǎn)換速度小于1.5μS，可以實(shí)現(xiàn)快速
電流采樣和控制。
3. ADC與 CCU6E可以實(shí)現(xiàn)同步連動(dòng)。
4. MCU工作頻率高，運(yùn)算速度快，處理事件及時(shí)
(時(shí)鐘主頻為26.7MHz)。
5. 內(nèi)置晶振。
6. 工作溫度范圍寬，適合現(xiàn)行控制器的熱設(shè)計(jì)要求。
石敬巖表示：“采用我們的芯片，用戶可以實(shí)現(xiàn)多種功能，包括使用SVPWM提高電機(jī)效率。采用IAP功能，方便實(shí)現(xiàn)參數(shù)自適應(yīng)功能，并可以做成自行車電腦?？偟腂OM成本小于60元人民幣(含外殼和連結(jié)線)。
ZiLOG在有傳感器方案中采用Z8FMC系列MCU，具有3對(duì)PWM輸出、過流保護(hù)、片內(nèi)運(yùn)放、PWM同步ADC等功能，“由于有PWM同步ADC，及硬件過流檢測(cè)，所以對(duì)電機(jī)的控制更有效。”王祿銘解釋。同時(shí)由于片內(nèi)運(yùn)放和比較器的集成使得外圍電路減少，PCB縮小。ZiLOG的CISC架構(gòu)8位多累加器CPU內(nèi)核，加上片上調(diào)試，開發(fā)簡(jiǎn)單快速，容易。Microchip在有傳感器方案中采用PIC系列單片機(jī), 能夠全面完成所需的控制功能。NEC在有傳感器方案中采用78K系列的全閃存8位MCU。
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