小二發(fā)現(xiàn),5000萬市場容量的市場,最終的歸宿都是集成度&價格卷到極致。
1電動車控制器概覽
兩輪車控制器,簡單說就是控制電機(jī),控制電機(jī)主要就2個部分:
軟件核心:電機(jī)控制算法,比如方波控制,F(xiàn)OC控制(雙電阻FOC/單電阻FOC)
2控制器使用的MCU的卷法
第一階段,還是MCU本身的成本PK,提升MCU的運算性能
最早應(yīng)該是瑞薩MCU為主,后面切到臺系MCU,ARM時代,STM32強(qiáng)勢來襲,STM32F103C6T6斬獲了非常大的市場 以至于后來為了打價格戰(zhàn),ST專門換了個標(biāo)叫做STM32FEBKC6T6,專門來針對電動車市場競爭 隨著國產(chǎn)XX32F103的上市,整個兩輪車市場的的MCU大致分成了兩個分支:
沿用了8bit單片機(jī)的架構(gòu),在片上集成了一些單指令硬件算法器,比如開平方,單指令乘除法等,這一類里面應(yīng)該數(shù)中穎和峰岹的占比比較大了。
兼容ST的ARM核心的單片機(jī),主要為M3 M4內(nèi)核為主,現(xiàn)在也有很多M0的出現(xiàn)了。他們則依靠ARM強(qiáng)大的內(nèi)部資源進(jìn)行運算處理,直接搶奪CBT6的市場,我主頻高,我內(nèi)存大,我能5V供電,打的ST是節(jié)節(jié)敗退。
目前像這樣的MCU基本都能做到2塊錢人民幣以內(nèi)了,雅特力的M4內(nèi)核的芯片價格靠近了,那些8bit的單片機(jī)直奔1.5RMB了
第二階段,集成模擬,系統(tǒng)層面優(yōu)化
隨著競爭的愈發(fā)激烈,國內(nèi)的單片機(jī)設(shè)計廠商更加靈活,他們加入了運放,加入了比較器,這給控制器的整體成本帶來巨大的誘惑,除了不用再外掛運放比較器以外,整個控制器的布局結(jié)構(gòu)也簡潔了很多。
轉(zhuǎn)自 靈動微
可能注意下:圖片中,電流的采樣,把電阻都省了,直接基于MOSFET的內(nèi)阻;(目前這個方式不是最主流的,畢竟內(nèi)置MOSFET的精度不高) 類似凌鷗,中微,也都推出了類似的集成運放,比較器等的高集成芯片; 甚至,部分廠家的MCU已經(jīng)把MOS Driver也集成進(jìn)去了,想想一個單片機(jī)掛6個mos管的那種簡潔就讓人激動不已。
3采樣電路如何跟著卷
一起看下,隨著MCU的主頻提升和算法優(yōu)化,外圍的采樣電路如何卷起來
針對電流愛養(yǎng),無論是功率電阻+隔離運放,還是采用HALL傳感器,在電動兩輪車市場來說都是奢侈品,只有一些高端的場景才會用到。
于是技術(shù)的優(yōu)化開始了,我們可以選擇在下管打開的時候,從下管到地線之間串接一個采樣電阻,這樣可以把隔離運放省去,使用普通的軌對軌低壓運放就可以采樣到電流,如下圖所示:
這樣的設(shè)計只需要將ADC采樣的時刻控制在下邊MOS管打開的時候去采樣,就可以獲取到相線上的電流,軟件上復(fù)雜了一些,但是硬件上卻能夠?qū)⑷齻€高壓隔離運放換成一個普通5毛錢的4通道的普通運放
這還不算完,如果我們不考慮一定使用滿功率,也就是對母線電壓的調(diào)制比有要求,我們可以對總功率降一點額,這樣我們只需要兩個相電阻+2路運放就可以采樣到完整的電流信息,又可以省去3毛錢。
你以為這樣就完了?
一個功率3W的貼片功率電阻可是要0.25RMB的,而且這東西在這里還要發(fā)熱,功率大了還需要多并聯(lián),MOS管不是有個內(nèi)阻的嘛?直接采樣它不就OK了。
看下圖中,我把三個功率采樣電阻去掉了,我們將在下邊管打開的時候直接通過MOS管的內(nèi)阻進(jìn)行電流值的計算,必要的時候也可以通過溫度檢測進(jìn)行一些補(bǔ)償。
你看這樣的電路板上面是不是更簡潔了,因為簡單,所以便宜。
其實這樣還是不夠節(jié)省,且MOS的內(nèi)阻隨溫度的變化一致性也不是特別好,對電流的采樣精度會有所影響。
為了再次優(yōu)化軟件算法,我們可以做到使用一顆采樣電阻來做到三相電流的采樣,這就是單電阻采樣技術(shù),下圖是它的技術(shù)架構(gòu):
這種單電阻采樣,將整個采樣電路的成本壓縮到了一個功率電阻+一個普通運放,但是對軟件的要求增加很多,我們需要在一個FOC周期的波形中進(jìn)行兩次采樣,這對于ADC本身的采樣速度也提出了要求
至于這個地方如何確定采樣時刻,如何做到波形補(bǔ)償,有很多芯片原廠的專利技術(shù)可以查詢,我這里就不去贅述了
TI的方法也是在PWM左半部分周期采樣兩次,當(dāng)出現(xiàn)不可觀測區(qū)時,當(dāng)前周期不夠的,提前“預(yù)支”下一個周期的值來補(bǔ)償,還有很多很多其他方法,總之降本增效的目的達(dá)成了。
我相信任何一個行業(yè)都有自己“內(nèi)卷”的形式,只要我們做到了成本十倍優(yōu)或者功能十倍好就是偉大的創(chuàng)新。
審核編輯:湯梓紅
評論