電動自行車電源控制技術(shù)

很多人都齊國自行車，那么你知道什么是電動自行車電源控制技術(shù)嗎?在世界范圍內(nèi)，環(huán)境問題變得越來越重要。全球變暖，自然資源稀缺和污染是機構(gòu)，制造公司和普通公民的敏感性提高的問題。在這種情況下，電動遷移率(e-mobility)代表了上述許多問題的有效解決方案。尤其是，電動自行車(e-bikes)代表了一種經(jīng)濟，多功能和敏捷的運輸方式，為基于傳統(tǒng)內(nèi)燃機的車輛提供了綠色替代。盡管市場上出售的電動自行車具有完全不同的技術(shù)特征和使用方法，但每輛電動自行車中都有一些關(guān)鍵組件：電動機，電池，電源控制電路以及用于管理的一組傳感器和致動器車輛操作。

電源控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中最重要和最具挑戰(zhàn)性的組件之一，因此需要精確的設(shè)計。它的主要功能包括在每種工作條件下對電動機的控制(道路坡度的變化，負載的重量，運動速度)，過電壓，欠電壓和過電流條件的檢測以及關(guān)鍵組件(例如電池和電源設(shè)備)。必須執(zhí)行列出的所有功能，以確保最大程度的車輛安全。分析師同意預(yù)測未來幾年電動自行車市場將出現(xiàn)大幅增長。效率將再次成為驅(qū)動電源控制系統(tǒng)發(fā)展的主要因素之一：高效率意味著更長的電池壽命，更長的行駛里程和更低的運營成本。

電動自行車動力架構(gòu)

通用電動自行車電源架構(gòu)如圖1所示。根據(jù)特定的電動自行車模型，可以使用直流(DC)或交流(AC)電動機。直流電動機使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)進行控制，而交流電動機則需要可變頻率。憑借其優(yōu)勢，電動自行車上最常用的電動機是無刷直流電動機(BLDC)。無刷直流電動機是同步電動機，其中由定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場具有相同的頻率。這些電機特別堅固，無需維護，并保證高耐用性(顧名思義，它們沒有電刷)。此外，BLDC電動機可立即提供高扭矩值，降低了功率損耗，并具有很高的空載速度。 BLDC電機可以配置為1相，2相或3相方案。對于電動自行車的應(yīng)用，最常用的配置是三相。

與直流有刷電機不同，BLDC電機具有電子控制的優(yōu)勢。電機旋轉(zhuǎn)是通過將根據(jù)適當順序(波形)產(chǎn)生的電信號提供給定子繞組來實現(xiàn)的。必須始終知道Tt的位置以產(chǎn)生正確的激活順序，為此目的，霍爾效應(yīng)傳感器(在三相配置的情況下為三個傳感器)放置在定子上。近來，無傳感器技術(shù)也正在普及，其中復(fù)雜性從硬件方面(可以使用更簡單的電動機)轉(zhuǎn)移到軟件方面(需要更復(fù)雜的算法)。如圖1所示，電動自行車的電源架構(gòu)包括多個電源設(shè)備，例如用于電機控制的功率MOSFET和在電源和電源轉(zhuǎn)換部分中使用的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。

關(guān)于電池，從使用密封鉛酸(SLA)電池的第一個電動自行車模型到基于鋰離子(Li-ion)電池的最新版本，我們已經(jīng)看到了較輕的電池，但需要改進。更復(fù)雜的電子電路。電池電壓的升高(標稱電壓高達54V)也需要引入電子保護電路。最新版本的電動自行車動力控制單元實現(xiàn)了非常輕的重量和尺寸，甚至可以容納在車架內(nèi)或座椅下方。所有電子元件的選擇或設(shè)計必須特別注重效率，空間和散熱。例如，考慮將效率從80%提高到90%可以使自主性提高12.5%，并將散熱量降低50%。

DC-DC轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器是任何電動自行車控制系統(tǒng)的主要組件。它們的任務(wù)是轉(zhuǎn)換電池提供的能量，以向電路的其余部分提供所需的電壓和電流。 ADI公司是模擬，混合信號和DSP集成電路設(shè)計和制造的市場領(lǐng)導(dǎo)者，提供最廣泛的選擇，包括簡單，緊湊的無電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器。通過消除電感器，該電荷泵系列可用于升壓，降壓或反相輸入電壓。 ADI的LTC7821基于專有架構(gòu)，該架構(gòu)將軟開關(guān)電荷泵拓撲結(jié)構(gòu)與同步降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器相結(jié)合，以提供卓越的效率。利用10V至72V的輸入電壓VIN和200kHz至1.5MHz的開關(guān)頻率，LTC7821可以實現(xiàn)高于97%的效率。 Maxim Integrated還提供多種DC-DC轉(zhuǎn)換器。

一個例子是Maxim MAX17503，它是一個4.5V至60V，2.5A，高效，同步整流的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。該電源解決方案以470 kHz的開關(guān)頻率運行，可提供86.5%的電源轉(zhuǎn)換效率(VIN = 36V，2A時VOUT = 5V)。德州儀器(TI)也提供各種電機驅(qū)動器。一些設(shè)備需要外部FET，而其他設(shè)備則具有內(nèi)部功率晶體管。 DRV8350是一種9V至100V的三重半橋高度集成的柵極驅(qū)動器，可大大簡化三相BLDC電機應(yīng)用的設(shè)計，包括磁場定向控制(FOC)，正弦電流控制和梯形電流控制。器件變體提供可選的集成電流分流放大器，以支持不同的電機控制方案，并提供降壓調(diào)節(jié)器來為柵極驅(qū)動器或外部控制器供電。該設(shè)備的簡化示意圖如圖2所示，可以有效地用于支持電動自行車，電動踏板車和電動汽車應(yīng)用。

Power Integrations提供了電源轉(zhuǎn)換IC，可以為高達600W的各種電源應(yīng)用(包括電動自行車)提供高效，可靠和低成本的解決方案。 TOPSwitch-JX是PI的最新旗艦產(chǎn)品AC-DC轉(zhuǎn)換器系列。 TOPSwitch-JX在單片器件上集成了725V功率MOSFET，高壓開關(guān)電流源，多模式PWM控制，振蕩器，熱關(guān)斷電路，故障保護和其他控制電路。該器件在整個負載范圍內(nèi)均具有能源效率，在265 VAC時的空載功耗低于100mW，是10W至245W應(yīng)用的理想選擇，例如電動自行車電池充電器的電源。以上就是電動自行車電源控制技術(shù)，相信未來的自行車會變得智能。