电动自行车电源控制技术

很多人都齐国自行车，那么你知道什么是电动自行车电源控制技术吗?在世界范围内，环境问题变得越来越重要。全球变暖，自然资源稀缺和污染是机构，制造公司和普通公民的敏感性提高的问题。在这种情况下，电动迁移率(e-mobility)代表了上述许多问题的有效解决方案。尤其是，电动自行车(e-bikes)代表了一种经济，多功能和敏捷的运输方式，为基于传统内燃机的车辆提供了绿色替代。尽管市场上出售的电动自行车具有完全不同的技术特征和使用方法，但每辆电动自行车中都有一些关键组件：电动机，电池，电源控制电路以及用于管理的一组传感器和致动器车辆操作。

电源控制系统是整个系统中最重要和最具挑战性的组件之一，因此需要精确的设计。它的主要功能包括在每种工作条件下对电动机的控制(道路坡度的变化，负载的重量，运动速度)，过电压，欠电压和过电流条件的检测以及关键组件(例如电池和电源设备)。必须执行列出的所有功能，以确保最大程度的车辆安全。分析师同意预测未来几年电动自行车市场将出现大幅增长。效率将再次成为驱动电源控制系统发展的主要因素之一：高效率意味着更长的电池寿命，更长的行驶里程和更低的运营成本。

电动自行车动力架构

通用电动自行车电源架构如图1所示。根据特定的电动自行车模型，可以使用直流(DC)或交流(AC)电动机。直流电动机使用脉冲宽度调制(PWM)技术进行控制，而交流电动机则需要可变频率。凭借其优势，电动自行车上最常用的电动机是无刷直流电动机(BLDC)。无刷直流电动机是同步电动机，其中由定子和转子产生的磁场具有相同的频率。这些电机特别坚固，无需维护，并保证高耐用性(顾名思义，它们没有电刷)。此外，BLDC电动机可立即提供高扭矩值，降低了功率损耗，并具有很高的空载速度。 BLDC电机可以配置为1相，2相或3相方案。对于电动自行车的应用，最常用的配置是三相。

与直流有刷电机不同，BLDC电机具有电子控制的优势。电机旋转是通过将根据适当顺序(波形)产生的电信号提供给定子绕组来实现的。必须始终知道Tt的位置以产生正确的激活顺序，为此目的，霍尔效应传感器(在三相配置的情况下为三个传感器)放置在定子上。近来，无传感器技术也正在普及，其中复杂性从硬件方面(可以使用更简单的电动机)转移到软件方面(需要更复杂的算法)。如图1所示，电动自行车的电源架构包括多个电源设备，例如用于电机控制的功率MOSFET和在电源和电源转换部分中使用的DC-DC降压转换器。

关于电池，从使用密封铅酸(SLA)电池的第一个电动自行车模型到基于锂离子(Li-ion)电池的最新版本，我们已经看到了较轻的电池，但需要改进。更复杂的电子电路。电池电压的升高(标称电压高达54V)也需要引入电子保护电路。最新版本的电动自行车动力控制单元实现了非常轻的重量和尺寸，甚至可以容纳在车架内或座椅下方。所有电子元件的选择或设计必须特别注重效率，空间和散热。例如，考虑将效率从80%提高到90%可以使自主性提高12.5%，并将散热量降低50%。

DC-DC转换器

DC-DC转换器是任何电动自行车控制系统的主要组件。它们的任务是转换电池提供的能量，以向电路的其余部分提供所需的电压和电流。 ADI公司是模拟，混合信号和DSP集成电路设计和制造的市场领导者，提供最广泛的选择，包括简单，紧凑的无电感器DC-DC转换器。通过消除电感器，该电荷泵系列可用于升压，降压或反相输入电压。 ADI的LTC7821基于专有架构，该架构将软开关电荷泵拓扑结构与同步降压型DC-DC转换器相结合，以提供卓越的效率。利用10V至72V的输入电压VIN和200kHz至1.5MHz的开关频率，LTC7821可以实现高于97%的效率。 Maxim Integrated还提供多种DC-DC转换器。

一个例子是Maxim MAX17503，它是一个4.5V至60V，2.5A，高效，同步整流的降压型DC-DC转换器。该电源解决方案以470 kHz的开关频率运行，可提供86.5%的电源转换效率(VIN = 36V，2A时VOUT = 5V)。德州仪器(TI)也提供各种电机驱动器。一些设备需要外部FET，而其他设备则具有内部功率晶体管。 DRV8350是一种9V至100V的三重半桥高度集成的栅极驱动器，可大大简化三相BLDC电机应用的设计，包括磁场定向控制(FOC)，正弦电流控制和梯形电流控制。器件变体提供可选的集成电流分流放大器，以支持不同的电机控制方案，并提供降压调节器来为栅极驱动器或外部控制器供电。该设备的简化示意图如图2所示，可以有效地用于支持电动自行车，电动踏板车和电动汽车应用。

Power Integrations提供了电源转换IC，可以为高达600W的各种电源应用(包括电动自行车)提供高效，可靠和低成本的解决方案。 TOPSwitch-JX是PI的最新旗舰产品AC-DC转换器系列。 TOPSwitch-JX在单片器件上集成了725V功率MOSFET，高压开关电流源，多模式PWM控制，振荡器，热关断电路，故障保护和其他控制电路。该器件在整个负载范围内均具有能源效率，在265 VAC时的空载功耗低于100mW，是10W至245W应用的理想选择，例如电动自行车电池充电器的电源。以上就是电动自行车电源控制技术，相信未来的自行车会变得智能。