【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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