电动自行车将帮助减少全球能源的消耗，没有感应器的控制

在要求低成本和高可靠性的应用中，无传感器式控制非常重要，例如在电动自行车中，以及暴露于户外自然环境和严酷的温度中的其他应用。传统的强迫换流起动方法由于难以预测，不适合无传感器系统，因此制造商通常采用结合多种技术的方法来启动电动机。

从CD/DVD播放器到计算机制冷风扇，再到工业机械，再到包括混合动力汽车、著名的Segway电动滑板车和许多其他电动滑板车、电驱动自行车(或称“电动自行车”)在内的电动交通工具，无刷直流电动机正在取代各种领域的整流电动机。随着这些设备越来越受欢迎，尤其是在亚洲，这些“个人交通工具”为制造商描绘了巨大的潜在市场，并可能帮助降低全球能源消耗。

就连北美市场也已经表明可能会采用电动车。从2000年8月起，由加利福尼亚州圣克鲁斯县交通委员会资助的一项活动将部分退还居民购买电动自行车的费用。根据EcologyAction所做的一项调查，62%的参与者从只开一辆载客汽车到每周平均骑行24~28英里。

虽然这一情形独特，但它却显示出电动自行车的实用性和实用性如何能够减少私人汽车旅行，从而减少交通拥挤、停车需求和空气污染。在美国推广这一经验的话，可能会产生很大的影响。据美国环境保护署称，美国人每天约有九亿次汽车旅行，其中一半路程不到5英里，仅有一名乘客。

电动车零件

基本型电动自行车由无刷直流电机驱动BD240A，由电池供电，并由电子控制装置(ECU)控制。无刷型直流电动机由于其快速、无噪音、高效而受到人们的欢迎，并且其使用寿命比整流型电动机要长。与其它电机相比，无刷直流电机传递的力矩与电机尺寸的比例更大，因此它非常适合在体积/重量要求较高的场合使用。

一般情况下，对于无刷直流电动机来说，基于MCU的控制器必须满足应用要求，但电动自行车常用的控制单元就是其中的一个。这种应用不仅要求波形系数很小，而且还要求成本很高。

设计难题

使用功能强大而廉价的8位微处理器，比如英飞凌的XC866，可以解决成本敏感、部件数量和整体性能方面的难题。ECU设计者应该找出每台机器周期两个时钟(而不是标准的12)的增强8051芯片，它能提高计算效率、提高执行速度和提高最大时钟速率，而且，它能以较低的晶振速度完成同样的工作，同时又不会牺牲性能，从而降低能耗。

为适应电机控制算法，内嵌闪存的尺寸要求可为4~16KB。单片机的电机控制外设可能包括一个脉宽调制电路，这是通过预先编程(CCU)来实现的，可用于自动完成任务的捕获/比较单元，这有助于减少代码大小和CPU的负载。另外，CCU可以连接到8通道10位ADC，以提供硬件事件驱动触发，而无需使用传感器。

电动车将帮助减少全球能源消耗

没有感应器的控制

在要求低成本和高可靠性的应用中，无传感器式控制非常重要，例如在电动自行车中，以及暴露于户外自然环境和严酷的温度中的其他应用。通常用于无刷直流电机的霍尔传感器很容易受到这些因素的影响，长时间暴露在这样的环境下，其可靠性会大大降低。

然而，在考虑将无传感器BLDC电机控制转化为无传感器控制时，设计者面临如何使无传感器系统达到所要求的性能水平的困难。最接近这个的就是起动电机了，因为无传感器式控制是以反电动势为基础的，而反电动势只存在于电机转动时。

对脚踏车来说，这一问题并不严重，因为骑车者可以在电机达到所需速度后启动电子控制。但对于没有脚蹬的电动自行车，必须配有从熄火状态启动电机的算法。

传统的强迫换流起动方法由于难以预测，不适合无传感器系统，因此制造商通常采用结合多种技术的方法来启动电动机。比如，由于在启动电机前并不知道转子的位置，可采用预先设定的相位来确定转子的位置，或将转子放置于一定位置。

当转子处于起动位置时，可将加速表应用于电机，以检测反电动势的过零信息。当单片机检测到预定数量的超零点事件时，它可以切换到自动换流模式。它要求执行很多算法。

注意事项

某些应用的性能需求将需要使用运动传感器，在本例中，将换流模式内嵌在CCU中，需要的软件开销最少。

另外一个主要考虑因素是从反电动势检测或同步故障中恢复的能力，这些故障可能发生在遇到障碍之后等等。此外，为了解决这个难题，还需要采用组合算法，使单片机的可配置性成为一个重要因素。MCU可以通过在自管理外设中执行尽可能多的任务来降低CPU的负担并减少所需的代码空间。两种方法都能产生更耐用和更省钱的设计。

无论带或不带传感器的设计，均可通过PWM实现多种“梯形”换流方式驱动BLDC。采用梯形换流的方法，每一次都要用一对电机的端子来控制电流，而电机的第三个端子总是与电源电断开，即在任意给定的时间内，只使用三相中的两相，而第三相是悬置的。

采用“慢衰”调制方式，在PWM关闭时，负载电流可在底部开关和体二极管之间循环。

反之，PWM关断时段内，PWM所有开关均会被切断，但该方法存在负载大电流尖峰的缺陷。要解决这个问题，可采用同步整流，使负载电流在开关内部循环，而非在主体电阻内部循环。它要求对同一电桥的上、下开关同时进行调制，而不仅仅是上、下开关。

然而，必须小心，以免在转换过程中发生直接短路。电路切换时插入无效时间，电流就会通过体二极管。但在失效时间后，电流通过底部开关，所以可使用同步整流进行快速衰变。在MCU的PWM中，对于使用分立功率器件而非内建保护电路的集成驱动器的低成本设计来说，上述模式的可用是关键。结合其他功能，如这些模式和故障检测，可为分立逆变器驱动提供高级保护功能。

当设计和算法开发完成后，制造商需要确保其知识产权得到保护。通过防止未经授权获得代码的特殊功能可以实现这一点。这个问题很重要，因为电动自行车的驱动结构是比较普通的驱动结构，产品之间的主要区别在于软件。