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品佳集團積極推廣 Sunplus 凌陽科技電動自行車應用方案

 2007-06-13
品佳集團近期積極推廣Sunplus淩陽科技電動自行車應用方案,本方案以8位單片機SPMC65P2404A為核心,採用直流無刷電機,具有堵轉斷流、電子刹車、自動巡航、過流保護等功能,實現了電動自行車的低成本、高性能。SPMC65P2404A良好的性能和合理的資源非常適合於電動自行車。

SPMC65P2404A是由淩陽公司設計開發的8位工業級單片機,採用淩陽SPMC65內核,支援位元元操作指令。具有強大的定時/計數器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊介面SPI等多種功能。亦適用於通用工控場合、電腦週邊控制和家電等。SPMC65P2404A有20管腳和28管腳兩種封裝。本設計選用28管腳封裝。

28管腳封裝晶片的具體特性如下:
•工作電壓:3.0V∼5.5V
•工作速度:8MHz
•工作溫度:-40℃∼85 ℃
•超強抗幹擾、抗靜電ESD保護能力
•4K byte ROM,192 byte RAM
•23個通用輸入輸出口
•強大的定時計數器:2個8位、2個16位具有CaptureComparePWM功能
•1個1KHz∼62.5KHz的時基
•8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)
•4個外部中斷,12個內部中斷
•SPI串列通訊介面
•2種省電模式:Halt、Stop
•蜂鳴器輸出功能
•4.0V/2.5V可選低電壓重定功能
•可編程看門狗功能

圖:SPMC65P2404A*28P封裝

工作原理
電動自行車是具有電力驅動、腳踏驅動、電力和腳踏並用等功效的綠色環保交通工具。電動自行車的原理和結構都不複雜,可以認為是在自行車的基礎上加一套電機驅動機構組成。蓄電池經過一個控制器給一個電機送電,電機放在後車輪中,電機的旋轉帶動自行車的行進。電動自行車的控制器連接一個調速手柄,在腳踏中軸上裝有助力感測器,轉動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,類比調節輸送給電機電壓的高低,從而控制了電機的轉速。

圖:電動自行車控制方框圖

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

圖:驅動電路

系統方框圖
電動自行車採用SPMC65P2404A作為主控MCU。MCU主要任務是進行調速電壓檢測,電池電壓檢測,電流檢測,過流中斷檢測,3路霍爾位置信號檢測,1路霍爾位置信號中斷檢測,刹車信號檢測,1:1助力檢測,溫度檢測,故障顯示輸出,PWM控制電機轉速輸出,6路電機驅動輸出,系統方框圖如下:

圖 2-1系統方框圖

控制器電氣規格
•型式:直流無刷
•額定功率:240W
•額定電壓:36V
•額定轉速:210R/MIN
•額定扭矩:8.5N.M
•欠壓保護:31.5 ± 0.5V
•過流保護:15 ± 1A

控制器功能介紹
•1:1助力:
1:1助力,是指在沒有旋轉調速車把,電動車電池打開時,電動車會根據騎行者的騎行速度提供1:1助力
•電子刹車:
電子刹車,就是指在刹車時能做到讓電機的驅動MOS管上臂(或者下臂)全部導通而下臂(或者上臂)截止,電機三相接線全部短接,能使電機產生阻力,達到刹車的效果。
•自動巡航:
自動巡航,是指把調速車把轉到所需的角度,電動自行車達到相應車速後,在5S(時間可變)內調速車把不轉動,則電動自行車就保持在這個速度行駛,這時騎行者可以鬆開調速車把,免去手一直擰著調速車把之累。自動巡航後只有鬆開調速車把,並重新旋轉調速車把,才可以再次調節電動自行車的行駛速度。
•堵轉斷流:
堵轉斷流,是指電動自行車超載時,或是在爬坡時電流過大或者是阻力過大時,導致電機停止轉動,系統能檢測到這種現象,停止對電機的輸出,起到保護作用。發生堵轉斷流後,只要滿足倒轉,復位調速車把或電源關閉後再重新打開,三個條件中的一個,系統會重新檢測是否有堵轉,如果恢復正常,系統會重新正常工作。
•智能過流保護:
智慧過流保護,一是指在高速時(平坦的道路上),最大電流不可以超過15A;二是速度很低時,尤其是在爬坡時電流不可以超過23A,過流保護的參考極限電流跟當前車速有關。
•智能欠壓保護:
智慧欠壓保護,當蓄電池電壓降至額定值的90%,36V電池降為31.5V時,電池自動停止供電,從而防止蓄電池放電過深,受到損害。系統會自動檢測電池是否欠壓,欠壓會停止繼續工作。在電池欠壓停止工作時,會出現電池電壓短時間回升,雖然超過欠壓的電壓值,但系統應不工作,只有當電池電壓穩定到額定電壓以上,電動自行車才開始正常工作。
•休眠省電:
系統在通電狀態下,無任何操作,5分鐘後會進入到休眠模式,人為轉動車輪便可以喚醒系統,繼續正常工作。

控制板介面

圖:系統硬體

系統主流程設計
主程序主要採用時間槽輪循式,每1MS走一個分支,共分四個分支,便於程式控制和功能增加。

圖:主流程圖

如需產品詳情,請洽 Sunplus 產品企劃負責人:
台灣
姓名:李慶豪 Johnson Lee
電話:886-2-82261500#3294
Mail:johnson.lee@sacsys.com.tw
中國
姓名:衛躍 Billy Wei
電話:86-75-26711655#326
Mail:billywei@sac.com.hk

品佳集團網站:http://www.sacg.com.tw
凌陽科技網站:http://w3.sunplus.com