ＭＣＵ為電動(dòng)自行車(chē)提供有效的驅(qū)動(dòng)

　　從CD/DVD播放器和電腦制冷風(fēng)扇到工業(yè)機(jī)械以及包含混合動(dòng)力汽車(chē)、著名的Segway電動(dòng)滑板車(chē)和許多其他電動(dòng)滑板車(chē)、電力驅(qū)動(dòng)的自行車(chē)（或稱(chēng)為“電動(dòng)自行車(chē)”）在內(nèi)的電動(dòng)交通工具，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正在各種領(lǐng)域中取代整流式電動(dòng)機(jī)。由于它們?cè)絹?lái)越普及，特別是在亞洲，這樣的“個(gè)人運(yùn)輸(Tran Sport)設(shè)備”向制造商描繪了巨大的潛在市場(chǎng)(Rialto)，并且可能有助于降低全球的能源消耗。

　　即使北美市場(chǎng)(Rialto)也顯示了采用電動(dòng)自行車(chē)的可能性。自2000年8月以來(lái)，由加利福尼亞州圣克魯斯的縣區(qū)域性運(yùn)輸(Tran Sport)委員會(huì)資助的一項(xiàng)活動(dòng)對(duì)居民購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)自行車(chē)予以部分退款。由Ecology Action進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，62%的活動(dòng)參與者從只駕駛單乘客的汽車(chē)轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄�每周騎電動(dòng)自行車(chē)行駛24～28英里。

　　盡管這種情況可能是獨(dú)一無(wú)二的，但它說(shuō)明了電動(dòng)自行車(chē)的實(shí)用性和效用是怎樣減少個(gè)人汽車(chē)旅程，并進(jìn)而減少交通擁擠，停車(chē)場(chǎng)需求以及空氣污染的。如果將這種經(jīng)驗(yàn)在整個(gè)美國(guó)推廣，影響可能會(huì)非常大。根據(jù)環(huán)境保護(hù)局的說(shuō)法，在美國(guó)，人們每天大約進(jìn)行9億次汽車(chē)旅行(Journey)，其中一半路程少于5英里而且只乘載了一位乘客。

　　電動(dòng)自行車(chē)部件

　　基本型電動(dòng)自行車(chē)通過(guò)由電池供電的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，并由電子控制設(shè)備（ECU）進(jìn)行控制。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)之所以受歡迎，是因?yàn)樗鼈冞\(yùn)轉(zhuǎn)快、無(wú)噪聲、效率高，而且展示了比整流式電動(dòng)機(jī)更長(zhǎng)的工作壽命。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中傳送的力矩和電動(dòng)機(jī)尺寸的比值比其他電動(dòng)機(jī)要高，這使得它們非常適用于對(duì)體積/重量要求比較高的應(yīng)用。

　　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)所需要的基于MCU的控制器通常受限于應(yīng)用的要求，但是常見(jiàn)的例子是用于電動(dòng)自行車(chē)的控制單元。這項(xiàng)應(yīng)用不僅需要波形因數(shù)小，而且對(duì)成本的要求也特別高。

　　基本型電動(dòng)自行車(chē)在設(shè)計(jì)上是簡(jiǎn)單的。它的后輪由三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定功率通常在幾百瓦。電池的電壓通常是36V或者48V，而ECU包含了幾乎所有電子裝置（參見(jiàn)圖1），包括MCU、電動(dòng)機(jī)逆變器、溫度傳感器、故障檢測(cè)、SMPS以及I/O。這些電子裝置通常安放在明信片大小的單元內(nèi)，而且對(duì)熱性能和耐用性有很高的要求，這些都為設(shè)計(jì)者提出了許多難題。

　　設(shè)計(jì)難題

　　成本敏感性、零件數(shù)量以及整體功能的難題可以通過(guò)使用功能強(qiáng)大但價(jià)格低廉的8位微控制器來(lái)解決，例如，英飛凌公司的XC866。ECU設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)尋找每個(gè)機(jī)器周期兩個(gè)時(shí)鐘的增強(qiáng)型8051芯片（而不是標(biāo)準(zhǔn)的12），它提供了更強(qiáng)的計(jì)算效率，更快的執(zhí)行速度(Tempo)以及增強(qiáng)的最大時(shí)鐘速率，并且，它可以在較低的晶振速度(Tempo)下完成相同的工作，在不犧牲性能的情況下降低能源消耗。

　　為了適應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制的算法，嵌入式閃存大小的要求可能在4～16KB之間。MCU的電動(dòng)機(jī)控制外設(shè)可能包含一塊脈寬調(diào)制電路，通過(guò)可以預(yù)編程以自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的捕獲/比較單元（CCU）來(lái)實(shí)現(xiàn)，它有助于減小代碼大小以及CPU的負(fù)荷。此外，CCU可以連接到8通道10位ADC來(lái)提供硬件事件驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)，來(lái)提供無(wú)須傳感器的控制功能。

電動(dòng)自行車(chē)控制單元驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)