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发布时间：2024-04-11 01:06:09 | 作者: 半岛在线登录官网
电瓶车作为一种环保的交通工具已得到了广泛使用。直流无刷电机及控制器是电动自行车 中的核心部件，其性能决定了总系统的电能转换效率。控制器根据霍尔传感器输出信号，驱 动 3 相全桥电路，实现对直流无刷电机的控制，因此霍尔信号的准确性及换相的实时性会直接 影响电机的性能。在现有电瓶车控制器方案中，霍尔传感器信号的采集均采用软件扫描形 式进行，换相操作也通过软件处理，换相误差大，实时性差，尤其对中高速电机更明显。而 英飞凌公司的 XC866/846 能支持硬件霍尔信号采集、换相操作，且无需额外电路就可以实现同 步整流控制，单片机利用率高，电机控制性能好。 直流无刷电机控制 传统的直流无刷电机采用梯形波驱动方式，系统结构框图如图 1a 所示，MCU 根据三个霍尔传 感器信号调制 PWM 输出，PWM 驱动波形如图 1b 所示。由于在这种控制方式下，电机端电压 波形为梯形波，因此也称为梯形波控制。从图 1 中能够准确的看出，PWM 输出存在 6 种状态，对于 每种状态，逆变桥的 6 个功率管中仅有 2 个工作，例如，当状态等于 5 时，CC60 和 COUT62 对应通道开通。
霍尔传感器模式如图 6 所示。在霍尔传感器模式中，CCU6E 通过专用输入接口 CCPOS0、1、 2 自动采样霍尔信号，为滤除霍尔信号中的干扰，CCU6E 利用死区时间计数器 DTC0 实现滤波 功能，任何霍尔信号的跳变将自动重载 DTC0 并开始向下计数，当 DTC0 计数到 1 时，进行霍 尔信号的采集操作。从而在霍尔信号变化到采样点之间产生了一个延时，减少干扰对换相的影 响。
为减少续流电流在寄生二极管上产生的损耗，在一些应用中使用 MOSFET 作为逆变元件。由于 MOFSET 具有导通阻抗低、电流可以双向流动的特点，在 M1 关断，进入续流阶段时，开通 M 2，使续流电流流经 M2，由于 MOSFET 的导通阻抗极低，损耗很小，例如当续流电流为 10A， MOSFET 导通电阻 10mΩ，二极管 D2 压降 0.7v 时，若续流电流流经 D2 时产生损耗为 7W， 而流经 MOSFET 时产生损耗仅为 1W，因此用这种控制方式能减少损耗，提高逆变器的效 率，在续流电流大的情况下效果越来越明显。这种控制方式亦称为同步整流，电流示意图如图 3a。 由于 MOSFET 的上、下管需要交替开通，为避免直通的危险，需要添加死区时间。采用同步整 流控制时，6 路 PWM 的驱动波形如图 3b 所示。
CCU6E 霍尔传感器模式 捕获/比较单元 6(CCU6E)是英飞凌的 8/16 位单片机中包含的专用电机驱动单元， 内部结构如图 4 所示。CCU6E 包含两个专用 16 位定时器(T12，T13)，可以产生各种 PWM 调制信号，支持 交流电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等多种电机控制，结构框图如图 4 所示。CCU6E 还提 供支持块交换和多相电机控制的多通道模式，并集成专用霍尔传感器模式，可在使用极少 CPU 资源的前提下实现直流无刷电机的控制。
在 PWM 开通和关断期间，逆变桥内的电流如图 2 所示(以状态 5 为例)。当 PWM 开通时，电流 经过 M1，经过电机及 M6 返回电源。当 PWM 关闭时，续流电流经由 D2(M2 中的寄生二极管)、 电机相线 返回电源。由于二极管 D2 的导通压降为 0.6～1V 左右，因此续流电流在这个 二极管上会产生较大的损耗，当电机负载大、续流电流大的时候，损耗问题更严重，将影响 逆变器效率。
