SPMC75F2313A在電動(dòng)自行車(chē)中的應用

引 言
　　我國是世界上把自行車(chē)作為交通工具和使用量最大的國家，目前自行車(chē)擁有量近5億輛，其中電動(dòng)自行車(chē)近年來(lái)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量連年成倍增長(cháng)，2004年產(chǎn)量已達到676萬(wàn)輛，2005年也在1000萬(wàn)輛左右。長(cháng)三角、珠三角、環(huán)渤海灣則是電動(dòng)車(chē)的重要生產(chǎn)基地。業(yè)界人士稱(chēng)，在5億輛的自行車(chē)中，如果其中的10％以電動(dòng)自行車(chē)替代，就是5000萬(wàn)輛，以平均每輛2000元來(lái)計算，最保守的估計也是1000億元的大蛋糕，市場(chǎng)前景十分廣闊。
　　這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動(dòng)SPMC75系列芯片的應用，并根據國家標準驗證其性能，走進(jìn)國內各家電生產(chǎn)廠(chǎng)家。

1工作原理
　　電動(dòng)自行車(chē)是具有電力驅動(dòng)、腳踏驅動(dòng)、電力和腳踏并用等功效的綠色環(huán)保交通工具。電動(dòng)自行車(chē)的原理和結構都不復雜，可以認為是在自行車(chē)的基礎上加一套電機驅動(dòng)機構組成(見(jiàn)圖 1?1)。蓄電池經(jīng)過(guò)一個(gè)控制器給一個(gè)電機送電，電機放在后車(chē)輪中，電機的旋轉帶動(dòng)自行車(chē)的行進(jìn)。電動(dòng)自行車(chē)的控制器連接一個(gè)調速手柄，在腳踏中軸上裝有助力傳感器，轉動(dòng)調速手柄可以讓控制器檢測到不同的電壓值，控制器根據電壓值大小，模擬調節輸送給電機電壓的高低，從而控制了電機的轉速。

圖 1－1電動(dòng)自行車(chē)控制方框圖

　　控制器無(wú)刷電機控制的方法是根據電機的位置反饋信號，控制電機三相驅動(dòng)上下臂MOS管的導通和截止，從而實(shí)現電子換向。如下圖所示，電機為三角形連接，三相驅動(dòng)上下臂各MOS管導通順序組合為:V1-V2，V2-V3, V3-V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6。

圖 1－2驅動(dòng)電路

2系統方框圖
　　電動(dòng)自行車(chē)采用SPMC75F2313A作為主控MCU。MCU主要任務(wù)是進(jìn)行1：1助力、調速電壓檢測、電池電壓檢測、電流檢測、過(guò)流中斷檢測、3路霍爾位置檢測、在線(xiàn)調試功能、異常顯示輸出、剎車(chē)控制、6路電機驅動(dòng)輸出、速度顯示接口、高速限速。系統方框圖如下：

3控制器電氣規格
　　★使用馬達：直流無(wú)刷 　　 ★輸出功率：500W
　　★輸入電壓：48/36V DC ★額定電流：低速(35A)/高速(25A)
★使用溫度：-40度～120度 ★欠壓保護：41V/31V±1V
★控制器耗電量：正常模式3瓦，省電模式1.5瓦

4控制器功能介紹
　　　 ◆零啟動(dòng) ◆1:1助力
◆自動(dòng)巡航 ◆自動(dòng)辨向
◆速度顯示 ◆堵轉斷電
◆高速限速 ◆剎車(chē)控制
◆反轉無(wú)阻尼 ◆啟動(dòng)低噪音
◆智能省電模式◆故障顯示輸出
◆電機相角120度◆電子軟剎車(chē)（EBS）
◆MCU內建位置檢測抗干擾界面

4.1 電機相角
　　可提供給霍爾訊號相差120度電機使用。

4.2 1:1助力
1:1助力是指在沒(méi)有旋轉調速車(chē)把，電動(dòng)車(chē)電源打開(kāi)時(shí)，電動(dòng)車(chē)會(huì )根據騎行者的騎行速度提供1:1助力。

4.3 電子軟剎車(chē)（EBS）
　　提供智能電子煞車(chē)功能，保證在煞車(chē)后、較短距離內穩住車(chē)輛。

4.4 欠壓保護
　　提供準確的電壓偵測，并由軟件判別，可精準的掌握電池電壓值、且不會(huì )在欠壓邊界開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)，可避免過(guò)度放電，損害電池。此低電壓值可由軟件設定。

4.5 自動(dòng)辨相
　　可提供使用者任意連接馬達三條線(xiàn)，并由外部輸出線(xiàn)決定是否進(jìn)行識別變相。

4.6 速度顯示
　　直接回饋馬達電壓訊號或是霍爾訊號，提供儀表指示使用

4.7 自動(dòng)巡航
　　把手柄轉到所需的角度，使電動(dòng)車(chē)達到某一行車(chē)速率，在8秒(時(shí)間可設定)內不轉動(dòng)，則電動(dòng)車(chē)就可以讓車(chē)子保持在這個(gè)速度上。按下煞車(chē)可解除巡行功能或轉把回復后再轉動(dòng)即可解除。

4.8 輸出電壓波形
　　提供方波電壓波形輸出。

4.9 翻轉無(wú)阻尼
　　向后推進(jìn)無(wú)阻力，倒轉輕松。

4.10 堵轉斷電
　　由軟件智能偵測馬達堵轉條件，并可斷電延時(shí)保護，延時(shí)時(shí)間可由軟件設定。

4.11 高速限速
　　由短路線(xiàn)設定最大轉速，使用短路線(xiàn)短路時(shí)可降低最大轉速，開(kāi)路時(shí)可轉至最大轉速。

4.12 零啟動(dòng)
　　啟動(dòng)時(shí)，不須腳踩，用手把控制也可啟動(dòng)。

4.13 智能省電模式
　　電源啟動(dòng)一段時(shí)間后，如果用戶(hù)沒(méi)有輸入任何工作指令，控制器便轉入休眠狀態(tài)，以節省蓄電池電量。

4.14 MCU內建位置檢測抗干擾界面
　　強大的變頻控制芯片，硬件上提供了霍爾訊號回饋界面，此界面同時(shí)提供抗噪聲及抗干擾功能，提供更準確的換向，提高馬達效率，并減少不當換向。

4.15 高精度轉速計數器
　　強大的變頻控制芯片，內含16位轉速界面計數器，可提高速度計算的精準度，避免轉速抖動(dòng)等現象。

4.16 啟動(dòng)低噪音
　　起動(dòng)時(shí)，含電流波形修正，噪音低，低振動(dòng)，以符合需求。

5芯片特性簡(jiǎn)介
　　本設計選用SPMC75f2313A*LQFP44單片機，內核采用凌陽(yáng)科技自主知識產(chǎn)權的μ' nSP16位微處理器，集成了多種功能模塊：多功能 I/O 口、串行口、 ADC 、定時(shí)計數器等常硬件模塊，以及能產(chǎn)生電機驅動(dòng)波形的 PWM 發(fā)生器、多功能的捕獲比較模塊、 BLDC 電機驅動(dòng)專(zhuān)用位置偵測接口、兩相增量編碼器接口等特殊硬設。
　　SPMC75f2313A*LQFP44封裝如圖 5?1所示，芯片的具體特性如下：

圖 5－1 SPMC75f2313A～LQFP44封裝

6結語(yǔ)
　　SPMC75 系列單片機具有很強的抗干擾能力，廣泛應用于變頻家電、變頻器、工業(yè)控制等控制領(lǐng)域。