基于PSoC的电动自行车控制器

摘要

电动自行车因结构简单、轻便、易维护等突出优点而受到人们的普遍欢迎，市场需求量越来越大。无刷直流电机的控制是电动自行车的关键技术，由于成本的限制，目前市场上的多数无刷直流电机控制器存在诸多问题。本文的目的就是解决其中的关键技术问题，设计一款适合市场需求的低成本、可靠性好、功能齐全的电动自行车无刷直流电机控制器。 本文从无刷直流电机的结构和工作原理出发，详细阐述了无刷直流电机在导通、续流和换相三种不同状态下的电压方程以及无刷直流电机的转矩特性与其动态数学模型，进而对电动自行车的性能作了深刻地分析，论述了电动自行车的电磁转矩的影响因素。 论文以可编程片上系统(PSoC)CY8C24423作为控制系统的主控芯片，采用分立元件组成无刷电机的驱动电路，大大降低了产品的成本。文中详细阐述了功率MOSFET的特性、热损耗的原因及其驱动电路，浮动驱动部分通过比较使用低成本、易实现的自举法，论文还对电机位置信号、转把速度信号等各种信号检测电路以及PSoC的硬件电路配置方法作了描述。 在软件设计部分本文根据市场需求，提出了软件设计方案，利用PSoC的特点合理搭配了各功能模块，规划了无刷直流电机控制系统的程序结构、流程，介绍了无刷直流电机的电子换相、电源电压监视等部分程序的设计流程以及编写PSoC程序时的注意事项。 最后，以额定电压36V、额定功率250W的电机为样机，对控制器的性能和各项功能进行了严格的测试，给出了测试的图形、数据和结果，测试表明，该控制器可靠性好，成本低，符合产品的开发要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2电动自行车的发展现状

1.2.1国外发展状况

1.2.2国内发展状况

1.3电动自行车的控制技术简介

1.4本课题的任务

1.5本章小结

第二章无刷直流电机的特性分析

2.1无刷直流电机的结构和原理

2.1.1无刷直流电机的结构

2.1.2无刷直流电机的基本工作原理

2.2无刷直流电机的数学模型

2.2.1电压方程

2.2.2转矩方程

2.2.3无刷直流电动机的传递函数

2.3电动自行车的电磁转矩

2.3.1加速性能

2.3.2爬坡能力

2.3.3过载能力

2.4本章小结

第三章系统硬件设计

3.1系统的总体设计

3.2 PSoC简介

3.3功率MOSFET

3.3.1 MOSFET的特性

3.3.2 MOSFET发热量分析

3.3.3 MOSFET保护电路

3.4 MOSFET栅极驱动电路

3.4.1上桥臂驱动电路

3.4.2下桥臂驱动电路

3.5电流取样电路

3.6其它外围电路

3.6.1转子位置检测电路

3.6.2 A／D采样电路

3.6.3速度显示电路

3.6.4助力信号检测电路

3.6.5刹车信号检测电路

3.7小结

第四章系统软件设计

4.1 PSoC Designer简介

4.2系统软件需求分析

4.3系统主程序结构

4.3.1电源电压监视电路

4.3.2刹车信号扫描流程

4.3.3助力信号处理流程

4.4 PWM中断程序

4.4.1 PWM输出

4.4.2电机转速计算

4.4.3电机换相检测输出流程

4.4.4电流检测流程

4.5小结

第五章实验结果及分析

5.1电路各点波形及分析

5.1.1加载测试结果

5.2骑行测试结果

5.3小结

第六章结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢