电动两轮车控制器技术突破:高精度FOC算法与高性能芯片方案

发布时间:2025-02-27 阅读量:2579 来源: 我爱方案网 作者: bebop

控制器作为电动两轮车的核心部件,控制电机的启动、运行、进退、变速、停止等操作,起到电动两轮车“控制大脑”的作用。当前电动车领域对核心驱动电机的控制精度、转矩脉动、可靠性、噪声震动(NVH)、电机驱动效率、弱磁性能、电流响应速度等技术性能要求越来越高,相应的电机控制算法日趋复杂。在智能化发展趋势下,电动两轮车集成多种先进电机驱动控制技术,从而对控制器芯片提出了更高要求,例如,需要芯片具有更高性能的处理能力、更加丰富的通信接口及多通道模拟/数字(A/D)和数字/模拟(D/A)接口等。
无刷交流轮毂电机产生输出动力时,需要控制器进行调速以完成电能到机械能的转换。高效舒适的调速控制离不开复杂的控制算法参与,庞大算法体系的运行需要高性能控制器芯片资源的支撑。

快包分析师针对两轮电动车控制器的应用场景,推荐基于小华、极海设计开发的主控方案,方案均采用矢量FOC控制技术,主要由矢量变换、环路调节器、空间矢量调制、霍尔处理以及外围功能函数几大模块组成,根据两轮车控制器行业实际情况,在调速平滑性、电机适用性、故障快速保护等关键节点上进行优化处理,具有多功率段电机灵活适配、骑行舒适度高、高效安全等特点。

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1.极海APM32F035电动两轮车控制方案


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系统框图


极海两轮电动车控制器应用方案,支持有感FOC矢量控制策略,集成多路运放、比较器,极大地精简外围电路设计,降低外部干扰,同步实现高效率、低噪声APM32F035作为本方案的主控芯片,负责母线电压、电流、HALL等信号采样,执行电机控制逻辑,并接收上层应用下发的控制指令及回传运行状态反馈等。


同步对母线电压以及电机的相电流信号进行ADC采样,输入至MCU内部进行处理,并结合TMR2提供捕获到的霍尔信号结合内部算法计算获取实际运行角度,进而执行内部电机算法逻辑控制,随后通过Timer1输出3对互补的PWM信号至驱动芯片以及功率器件,进而驱动电机运转,使电机更为高效、平稳、低声地运行。


方案特点


●  FOC矢量控制,减少能耗,提高续航
●  集成运放和比较器,降低BOM成本
●  支持霍尔学习,绝对零度检测,60°/120°霍尔安装方式,节省开发步骤
●  支持霍尔补偿,提升电机运行效率
●  采用转矩控制,对于负载变化响应迅速,能够额定负载坡起
●  电子刹车和E-ABS,行驶更安全

●  支持显示屏串口和CAN通讯,满足高端应用需求


应用领域


可广泛应用于电动两轮车,冰箱压缩机,风机,水泵,电动工具,园林工具等领域。


2.小华HC32M120电动自行车控制板方案

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方案简介:电动自行车电驱控制板方案以HC32M120为主控芯片,同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外围电路构成。主要功能:EBS、能量回馈、HDC、霍尔修复、相序自识别、一线通、三速、GB_25KM、1:1电动助力等。

方案特点:

48MHz主频、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER、温度范围:-40℃~105℃

丰富的基础函数库、SVPWM系统、电机专用控制库模块

FOC控制系统优势(正弦电流、转矩平稳、低噪音)

平地/坡道/溜坡/滑行/带载启动优势(启动转矩大、重载启动高可靠)

客制化控制流程优势(丰富的模块化电机库)

完善的系统保护功能(过流、过压、欠压、堵转、飞车、短路等保护)

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