【应用】Renesas低功耗MCU为共享电单车提供高度灵活的电机控制方案
近年来，随着ofo单车、膜拜单车以及哈罗单车等共享单车的流行，共享经济市场得到了迅猛发展，其目标是解决城市三公里内的短途出行问题，为人们提供方便、环保的出行解决方案，引导人们低碳出行、回归自然。但是，随着市场的不断饱和以及单车带来的种种问题，人们开始将目光转移到共享电单车领域，利用动力辅助，来提高人们的骑行体验。
图1 电单车示意图
与普通单车相比，在电单车系统中，加入了动力辅助模块，利用电动机来减少用户骑行时所需的力，尤其是在需要耗费体力的情况下，例如，单车刚起步或者爬坡时。考虑到这种助力单车非常适合老年人和妇女骑行，因此，电单车正在迅速普及开来。但是，配备了动力辅助模块的电单车系统，需要利用微控制器（MCU）来控制驱动电机，并且还要实时显示电机的运行状态。
图2 电单车系统框图
在微控制器（MCU）的选取上，本文推荐RENESAS提供的微控制器（MCU），非常适用于控制电机扭矩和旋转，还可以控制电机制动时的功率再生等等。其中，RL78/G14系列具备业界最低的消耗电流（CPU：66μA/MHz，待机（STOP）：240nA），以及44DMIPS（32MHz）的高计算性能。同时，内置高性能定时器，支持使用三相互补PWM输出进行三相电机控制。RL78/G1F系列在功能上与RL78/G14系列兼容，并具有增强的模拟功能。当RL78/G1F控制无传感器BLDC电机时，可以实现高效的初始转子位置检测，以及使用120°导电控制的高速旋转。此外，可以在没有CPU干预的情况下执行高速过流检测以及输出切断，可通过少量部件实现高度灵活的电机控制。
RX23T系列是32位MCU，适用于单个逆变器控制，内置FPU（浮点处理单元），能够轻松编程复杂的逆变器控制算法，进而大大减少软件开发和维护所需的工时。同时，采用RX200内核，软件待机模式下的电流消耗仅为0.45μA，可工作在2.7V~5.5V的电压范围内，这对于逆变器控制非常有用。而RX231系列是32位RXv2 CPU内核、改进的DSP/FPU以及低功耗技术的优化组合，实现了极高的功效。即使在低电流供应条件下，也可以执行高性能数字滤波、浮点运算以及其他处理。此外，RX231系列实现了业界顶级的通信安全和加密功能，并且配备了电容式触摸传感器功能，具备高灵敏度和高水平的噪声容限、SD主机接口、USB接口以及CAN通信功能等等，非常适合电单车的电机控制。
图3 Renesas提供的解决方案
RL78系列MCU（如RL78/L1x和RL78/G1x系列），以及RX113和RX130系列，如图3所示。建议用于电单车系统的控制应用程序，如LCD显示。除了MCU之外，Renesas电子还提供诸如功率MOSFET（如RJL60系列）之类的产品，能够有效驱动由可充电电池供电的电机。Renesas还为电单车的可拆卸电池组提供了电池管理IC（如RAJ240090和RAJ240100），以提高电池的安全性。总而言之，与同类竞争产品相比，Renesas的组件能够以更低的功耗水平和成本，提供先进的功能和高性能。
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