电动自行车应用中的MCU

无传感器的电机控制

无传感器的电机控制不需要霍尔传感器，而是采用反电动势（back-EMF）过零检测技术来控制电机的运动。当电机旋转时，每个绕组生成的电压称为与绕组供电主电压相反的反电动势电压。反电动势的极性与绕组激励所用电压的方向相反，并与电机的转速成正比。



图3：基于PSoC的无传感器电机控制

在图3中，三相反电动势信号终止而DC总线扩展并路由到PSoC.PSoC将采用多路复用器切换到比较器的终止输入，并将其与DC总线电压进行比较。级联的数字逻辑将过滤出PWM信号，以获得真正的过零信号。微控制器将根据该信息决定换向。

可选的电流控制将被应用于PWM输出控制，从而对电机电流进行调节。此内环以比较器为基础：反馈总线电流与12位DAC提供的参考电流值进行比较。改变DAC输出将修改输出电流值。

基于传感器的（霍尔效应）电机控制

基于传感器的无刷电机控制采用霍尔传感器输入来检测转子位置，进而控制电机的运动。它为微控制器提供霍尔传感器输入，并作为闭环系统工作，这有助于实现较长驱动的自动速度锁定。

设计挑战

高性能智能微控制器需要更高MIPS性能的CPU内核、更快速的ADC（>= 500Ksps @ 10位）、内置闪存和SRAM存储器、内置EEPROM、模拟和数字外设来执行高性能模拟测量、CAN接口、三相电机控制、LCD驱动、低功耗运行、RTC、不同外部协议接口等关键功能。

该系统可采用低成本前面板设计，实现按键和LED/LCD界面等不同特性。此外，电容式感应技术可用于在前面板上实现按键、滑条和接近传感器。在前面板上利用邻近的LED（PWM型）满足电容式感应性能要求（如信噪比等），这对于系统设计人员来说可能是一大设计挑战。

选择具有低Ron和低栅电容的Power MOSFET正是驱动三相电机所必需的。采用高功率MOSFET驱动电路设计电路板以及处理电池输入的较高板上电流是电路板设计人员面临的另一大挑战。由于该系统涉及机电构造问题，要设计出一款低成本的紧凑型机电系统极具挑战，而且还要让最终设计通过认证。此外，电动自行车系统在设计时需要考虑一次充电能行驶更长里程的问题。

支持恢复机制的故障检测是所有汽车应用都不可或缺的。而且，具有电池保护、过流、过热和启动故障状态保护功能的电源设计也是一大必要条件。

此外，开发人员可能还希望采用一次性可编程（OTP）的器件来防止竞争对手和黑客对固件实施逆向工程。

系统局限性

PSoC 4支持电容式感应技术，可通过触摸操控的键盘取代机械按键。这不仅可减少由机械按键造成的故障几率，同时还可提高产品的可靠性。PSoC Creator支持CapSense SmartSense组件，该组件能自动调校电容式感应按键和滑条的敏感度，从而使开发人员无需再进行手动调校。此外，电容式感应还能提高最终系统的防水性。

在前面板上实现的触摸屏设计取代了LCD显示屏和键盘，这可为用户提供更好的用户界面和更高的灵活性。系统还可添加连接iPod/iPhone等外部设备的接口，通过UART或USB接口实现与媒体播放器的通信，从而支持播放音乐、控制播放列表和设备充电等功能。

故障分析和返回材料：电路板上内外部接口数量的增加必然会让入侵者获得更多途径来对系统实施破坏。这也是嵌入式系统面临的一个最大局限性问题。

在汽车应用领域中所使用的电动自行车系统目前是采用微控制器来实现。PSoC完美结合了微控制器和ASIC.采用基于PSoC的电动自行车解决方案，可帮助我们降低汽车产业的整体产品成本（通过减少BOM成本）和项目开发成本（采用PSoC Creator来实现）。