XBLW/芯伯樂產(chǎn)品應(yīng)用在電動自行車上的開發(fā)設(shè)計(jì)

一、方案概述

電動自行車是一種以車載蓄電池為輔助能源，具備腳踏騎行能力，能實(shí)現(xiàn)電助動或電驅(qū)動功能的兩輪自行車。它們具有節(jié)能環(huán)保、方便快捷、速度較快等特點(diǎn)，在很多地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。電動自行車由電氣系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、裝飾件部分、車體件部分、隨車附件組成，其中最核心的部件為車架、蓄電池、電機(jī)、控制器、充電器。

二、功能定義及性能指標(biāo)

• 電助動功能：提供電助動功能，在腳踏騎行的同時(shí)，電動機(jī)提供輔助動力。
• 電驅(qū)動功能：電動自行車可以僅通過電動機(jī)驅(qū)動，無需腳踏即可行駛。
• 智能功能： GPS定位、智能診斷等，通過智能控制實(shí)現(xiàn)對車輛的管理。
• 防盜報(bào)警：通過蜂鳴器報(bào)警電路可實(shí)現(xiàn)防止暴力偷盜的防盜功能。
• 照明和信號裝置：包括前燈、尾燈和轉(zhuǎn)向燈，以確保夜間和低能見度條件下的騎行安全。
• 能量回收：通過升壓電路，將滑行階段產(chǎn)生的電能釋放給電源，實(shí)現(xiàn)對電池的反向充電，達(dá)到維護(hù)電池、延長電池壽命、增加續(xù)航里程的效果 。
• 快速充電：快速充電技術(shù)通過直流充電方式（DC充電），以更高的功率輸送電能到電動車電池中，大大縮短了充電時(shí)間。
• 定速巡航：當(dāng)車輛達(dá)到一定速度后開啟，將以當(dāng)前速度持續(xù)前進(jìn)，降低手部疲勞，也能大大降低調(diào)速把的損壞率。
• 儀表顯示：通過傳感器可將當(dāng)前車速及相關(guān)狀態(tài)如轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)、時(shí)間等信息展示出來。

三、電動車的原理

電動車工作原理基于電池供電，工作時(shí)通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動車輛。核心組件包括電池、電動機(jī)和電控系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)能量存儲、動力輸出和整車管理。電動車在制動時(shí)通過再生制動回收能量，提升續(xù)航能力。此外，電動車還集成充電系統(tǒng)、電子輔助設(shè)備。

部分車型有再生制動功能?？刂泼姘屣@示電量、速度，調(diào)整行駛模式等輔助功能。

圖為某著名電動車控制模塊

四、硬件設(shè)計(jì)

電動自行車主要分為如圖幾個(gè)模塊，其中電池模組主要負(fù)責(zé)給電機(jī)及外圍電路供電，電機(jī)驅(qū)動主要負(fù)責(zé)驅(qū)動車子運(yùn)動，手柄轉(zhuǎn)把霍爾開關(guān)主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)輸出功率，其他外圍器件主要是提供相關(guān)數(shù)據(jù)信息并將其與外界做交互。本部分主要介紹以下相關(guān)電路：電動車充電器電路，電動車儀表盤時(shí)鐘電路，手柄轉(zhuǎn)把信號放大電路，外圍供電電路。

1.?電動車充電器電路

充電器電路整體電路圖

電動車充電器電路主要是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，用于充電或其他電源管理目的。電路包括輸入保護(hù)、整流、穩(wěn)壓、變壓器電壓轉(zhuǎn)換、輸出整流和濾波等關(guān)鍵部分。XBLW-UC3842 PWM控制器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比，而TL431提供精密參考電壓，確保輸出電壓穩(wěn)定。電路還集成了反饋調(diào)節(jié)、控制保護(hù)以及充電狀態(tài)指示等功能，通過XBLW-LM393電壓比較器和MOSFET等元件實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)。

采用XBLW-UC3842的電壓調(diào)節(jié)電路

這個(gè)電路是一個(gè)XBLW-UC3842的開關(guān)電源電路，用于電動自行車的充電器。電路起始首先通過一個(gè)100uF/450V的大容量輸入濾波電容，用于過流保護(hù)和平滑輸入電壓。D12（16V穩(wěn)壓二極管）和D13（BYV26C瞬態(tài)電壓抑制二極管）提供過壓保護(hù)。R28和R33是限流電阻，用于限制流過D12和D13的電流。XBLW-UC3842是一個(gè)具有自動饋前補(bǔ)償?shù)腜WM控制器，工作頻率為500kHZ,用于生成PWM信號，控制開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。R26和R23是偏置電阻，為XBLW-UC3842提供必要的偏置電流。D14（4148）是一個(gè)高速開關(guān)二極管，用于保護(hù)XBLW-UC3842的輸出。

采用XBLW-LM393的充電控制電路

電動車充電器右半邊為電源穩(wěn)壓和充電控制電路，主要用于提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，同時(shí)具備充電控制、過流保護(hù)、短路保護(hù)和防反接保護(hù)功能，通過電壓比較器和精密參考電壓源，電路能夠精確控制充電過程，確保電池安全充電。其中D8是一個(gè)肖特基二極管，用于輸入整流，C16和C17是輸入濾波電容，用于平滑整流后的電壓。R15和R16構(gòu)成一個(gè)分壓器，用于檢測輸入電壓。IC3（TL431）是一個(gè)可調(diào)節(jié)精密參考電壓源，與R21和C19一起構(gòu)成電壓檢測電路。XBLW-LM393是一個(gè)精密電壓比較器，用于監(jiān)測和控制充電過程，其偏移電壓低至2mV。R22、R23、R24和R25構(gòu)成充電電流的調(diào)節(jié)電路。D9和D10是LED指示燈，用于顯示充電狀態(tài)。

2. 電動車儀表盤時(shí)鐘電路

電動自行車實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路

這個(gè)電路為電動自行車儀表盤的時(shí)鐘電路，主要是通過儀表盤顯示給用戶提供精確的時(shí)間信息。實(shí)時(shí)時(shí)鐘選擇了XBLW-DS1302芯片。XBLW-DS1302芯片通過外置的32.768kHz晶振（Y1）維持時(shí)間的準(zhǔn)確性。電路中，VCC1和VCC2引腳為XBLW-DS1302供電，其中VCC2連接到+5V主電源，VCC1則連接到3V備用電池（BAT1），確保在主電源斷開時(shí)RTC仍能正常工作。兩個(gè)10pF電容（C8和C9）與晶振并聯(lián)，用于穩(wěn)定振蕩。數(shù)據(jù)接口包括CLK_IO（數(shù)據(jù)輸入/輸出）、CLK_SCK（串行時(shí)鐘）和CLK_RST（復(fù)位），允許微控制器與XBLW-DS1302進(jìn)行通信，設(shè)置和讀取時(shí)間。GND引腳連接到電路地。在電動自行車斷電時(shí)通過備用電源仍能保持精確的計(jì)時(shí)。并且XBLW-DS1302還具有閏年補(bǔ)償功能。

3. 手柄轉(zhuǎn)把信號放大電路

采用XBLW-LM324的霍爾信號放大電路

該電路圖是一個(gè)運(yùn)算放大器電路，使用了XBLW-LM324的低功耗運(yùn)放芯片，包含1個(gè)獨(dú)立的四路放大器XBLW-LM324，靜態(tài)電流為0.6mA。電路主要用于信號放大和處理，應(yīng)用于電動自行車的速度控制和剎車信號處理系統(tǒng)。

4. 外圍供電電路

采用XBLW-L78XX系列的三端線性穩(wěn)壓電源電

該電路圖是一個(gè)三階段的線性穩(wěn)壓電源電路，設(shè)計(jì)用于將輸入電壓降至5V。電路首先通過XBLW-L7824穩(wěn)壓器降至24V，接著XBLW-L7815將其進(jìn)一步降至15V，最后XBLW-L7805將電壓穩(wěn)定至5V。每個(gè)穩(wěn)壓器階段都配備了輸入和輸出濾波電容（如C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8），這些電容用于平滑電壓，減少電源噪聲，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。限流電阻R11用于保護(hù)電路，防止過大電流。整個(gè)電路通過接地連接確保穩(wěn)定性和減少噪聲。這種多級穩(wěn)

壓設(shè)計(jì)適用于需要精確低壓供電的電子設(shè)備。通過逐級降低電壓，電路能夠提供穩(wěn)定的電源，同時(shí)減少電壓波動和噪聲，提高供電質(zhì)量為電動自行車外圍電路（如轉(zhuǎn)向燈、時(shí)鐘電路、顯示電路等）提供穩(wěn)定供電。XBLW-L78XX系列最高輸出電流可達(dá)1.5A，具有熱過載和短路保護(hù)。

五、邏輯框圖

六、本方案重要器件推薦

七、客戶方案訂制選型

芯伯樂XBLW產(chǎn)品專注于消費(fèi)類和工業(yè)類市場。主要研發(fā)方向?yàn)樾盘栨溂半娫垂芾?，產(chǎn)品有運(yùn)算放大器、時(shí)鐘與計(jì)時(shí)芯片、接口RS485/RS232、線性穩(wěn)壓器、AC-DC控制器、DC-DC開關(guān)控制器、馬達(dá)驅(qū)動、MOS管、達(dá)林頓、邏輯電路及EEPROM存儲器等系列。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、機(jī)器人、電源、計(jì)算機(jī)、儀器儀表、玩具、家電、通訊設(shè)備、照明應(yīng)用、汽車電子、工業(yè)自動化設(shè)備等領(lǐng)域。

芯伯樂XBLW是芯伯樂電子的自主品牌，《芯伯樂》，智造好芯，伯樂自來，致力成為客戶首選的半導(dǎo)體品牌。