電動(dòng)自行車(chē)電源控制技術(shù)

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

電源控制系統(tǒng)是整個(gè)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(jì)。它的主要功能包括在每種工作條件下對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制(道路坡度的變化，負(fù)載的重量，運(yùn)動(dòng)速度)，過(guò)電壓，欠電壓和過(guò)電流條件的檢測(cè)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(chē)輛安全。分析師同意預(yù)測(cè)未來(lái)幾年電動(dòng)自行車(chē)市場(chǎng)將出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。效率將再次成為驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)的電池壽命，更長(zhǎng)的行駛里程和更低的運(yùn)營(yíng)成本。

電動(dòng)自行車(chē)動(dòng)力架構(gòu)

通用電動(dòng)自行車(chē)電源架構(gòu)如圖1所示。根據(jù)特定的電動(dòng)自行車(chē)模型，可以使用直流(DC)或交流(AC)電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)進(jìn)行控制，而交流電動(dòng)機(jī)則需要可變頻率。憑借其優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)自行車(chē)上最常用的電動(dòng)機(jī)是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDC)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)，其中由定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有相同的頻率。這些電機(jī)特別堅(jiān)固，無(wú)需維護(hù)，并保證高耐用性(顧名思義，它們沒(méi)有電刷)。此外，BLDC電動(dòng)機(jī)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(jī)可以配置為1相，2相或3相方案。對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)的應(yīng)用，最常用的配置是三相。

與直流有刷電機(jī)不同，BLDC電機(jī)具有電子控制的優(yōu)勢(shì)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)是通過(guò)將根據(jù)適當(dāng)順序(波形)產(chǎn)生的電信號(hào)提供給定子繞組來(lái)實(shí)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(gè)傳感器)放置在定子上。近來(lái)，無(wú)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(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī))轉(zhuǎn)移到軟件方面(需要更復(fù)雜的算法)。如圖1所示，電動(dòng)自行車(chē)的電源架構(gòu)包括多個(gè)電源設(shè)備，例如用于電機(jī)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(gè)電動(dòng)自行車(chē)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(jìn)。更復(fù)雜的電子電路。電池電壓的升高(標(biāo)稱(chēng)電壓高達(dá)54V)也需要引入電子保護(hù)電路。最新版本的電動(dòng)自行車(chē)動(dòng)力控制單元實(shí)現(xiàn)了非常輕的重量和尺寸，甚至可以容納在車(chē)架內(nèi)或座椅下方。所有電子元件的選擇或設(shè)計(jì)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(dòng)自行車(chē)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(hào)和DSP集成電路設(shè)計(jì)和制造的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，提供最廣泛的選擇，包括簡(jiǎn)單，緊湊的無(wú)電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器。通過(guò)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(zhuān)有架構(gòu)，該架構(gòu)將軟開(kāi)關(guān)電荷泵拓?fù)浣Y(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(kāi)關(guān)頻率，LTC7821可以實(shí)現(xiàn)高于97%的效率。 Maxim Integrated還提供多種DC-DC轉(zhuǎn)換器。

一個(gè)例子是Maxim MAX17503，它是一個(gè)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(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行，可提供86.5%的電源轉(zhuǎn)換效率(VIN = 36V，2A時(shí)VOUT = 5V)。德州儀器(TI)也提供各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器，可大大簡(jiǎn)化三相BLDC電機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)，包括磁場(chǎng)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(jī)控制方案，并提供降壓調(diào)節(jié)器來(lái)為柵極驅(qū)動(dòng)器或外部控制器供電。該設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖如圖2所示，可以有效地用于支持電動(dòng)自行車(chē)，電動(dòng)踏板車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用。

Power Integrations提供了電源轉(zhuǎn)換IC，可以為高達(dá)600W的各種電源應(yīng)用(包括電動(dòng)自行車(chē))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(kāi)關(guān)電流源，多模式PWM控制，振蕩器，熱關(guān)斷電路，故障保護(hù)和其他控制電路。該器件在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)均具有能源效率，在265 VAC時(shí)的空載功耗低于100mW，是10W至245W應(yīng)用的理想選擇，例如電動(dòng)自行車(chē)電池充電器的電源。以上就是電動(dòng)自行車(chē)電源控制技術(shù)，相信未來(lái)的自行車(chē)會(huì)變得智能。