微处理器在电动车无刷电机控制器上的应用
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一个最基本的电动车用无刷电机控制器所需要实现的功能包括除了转把调速外，还应该包括欠压保护，过流保护，刹车断电等。另外近年来还有一些实用且流行的功能如定速巡航、ABS刹车再生制动、1:1助力等等。从上面的原理框图可以很清楚地看出，整个系统只用了一个PSoC芯片便实现了上述的所有控制功能。图3为本文设计的无刷控制器半成品实物图。
图3：电动车无刷电机控制器半成品实物外形图。
除了上述功能外，本系统借助PSoC芯片强大而灵活的配置资源，还具有普通控制器所不具备的以下优点：
1. 超静音：启动及全程行驶过程中噪声极低，大大超越了传统的无刷控制器，减小电机振动，大大延长电机的寿命；
2. 低发热：采用国际先进的同步整流技术，大幅度降低控制器的热损耗，提高了整车的能量使用效率，延长了续驶里程；
3. 多重限流保护：既做到平均值限流，又做到峰值限流。峰值限流在每个PWM周期中都对电流波形进行检测，防止超过MOSFET的最大允许电流，在任何情况下不会烧毁；
4. 平均值：限流使控制器能够在各种不同的电机上保持相同的限流值，而且轻、重负载，甚至堵转情况下限流值都不变。这样大大便于生产调试和整车厂检验；
5. 防飞车功能：解决了无刷控制器由于转把或线路故障引起的飞车现象，提高了系统的安全性；
6. 堵转保护功能：电机堵转3秒以上控制器自动保护，防止烧毁电机；
7. 短路保护功能：电机三根相线输出端任意两端短路或三端全短路，控制器不会烧毁。
以上功能均不增加硬件成本，采用PSoC可编程片上系将外围器件减到最少，大部分功能由芯片内部来完成，大大降低了硬件成本，并且减少了故障点。本系统中所用SoC芯片引脚及功能如图4所示。
图4.：CY8C24423在本系统中的引脚定义说明图。
而芯片内部模块结构如图5所示。
图5：本系统所用PSoC内部模块说明图。
由图5可以看出，本系统共采用了7种类型的PSoC内部模块，其中模拟模块包括AD转换器ADCINC_1、可编程放大器PGA_1、比较器CMPPRG_1、四路模拟开关AMUX4_1、数模转换器DAC6_1。数字模块包括AD转换器ADCINC_1、8位带死区的PWM模块PWMDB8_1、8位定时器模块Timer8_1。这样很好地利用了CY8C24423的内部资源，也节省了很多原本要在芯片外部使用的外设芯片。
本系统的控制软件流程如图6所示。
图6：控制软件基本流程。
由于PSoC的开发系统PSoC Designer支持C语言编程，配有功能强大的C语言编译器，所以主程序采用C语言编写，这样简单、直观、可移植性好。
本文小结
通过本文介绍的电动车无刷电机控制器系统，可以略略窥见PSoC芯片的强大的可配置功能，在芯片内部配置连接就好像在设计一款新的芯片一样。整个系统用的元器件极少，比其他的无刷控制器方案具有巨大的成本优势。
PSoC方便、快捷的设计界面，面向对象的设计开发系统，混合信号阵列的模块化及动态可配置功能使其在嵌入式系统应用中拥有更为灵活的设计方式，使设计人员能够随意创建新的系统功能。利用PSoC可以快速、便捷地完成相应程序的开发工作，缩短产品的研发周期，降低开发成本和生产成本。通过片上系统的可编程混合信号阵列的集成应用及动态配置，极大提高了工作效率，使开发成本降低了1/2、PCB的板级空间缩减了l/3、生产成本降低了1/5。
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