勁匯電動車控制器拆解：如何實現(xiàn)多車型兼容？

隨著人們對綠色出行和健康生活的追求日益強烈，電動自行車作為一種環(huán)保、便捷的交通工具，受到了越來越多的關(guān)注。

近年來，電動自行車市場在海外也同樣呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，市場規(guī)模不斷擴大。國內(nèi)頭部科技品牌——大疆宣布入局e-Bike賽道的新聞更是為這個市場添了一把火。

在這個快速發(fā)展的市場中，控制器作為電動自行車的核心部件，其重要性不言而喻。

本次，Big-Bit為大家?guī)硪豢铍妱榆嚳刂破?a target="_blank">產(chǎn)品——勁匯電動車正弦波控制器的拆解。該電動車控制器宣稱能適配所有電動車車型，并且有著剎車E-ABS反充電、學習線電機相位識別、學習線電壓智能識別、霍爾正負短路保護、電機相位短路保護等功能。

讓我們來看看這些功能都是怎么實現(xiàn)的，里面都用到了哪些元器件?

勁匯電動車控制器介紹

產(chǎn)品的外包裝盒寫著電動車正弦波控制器，長興勁匯電子科技有限公司。

側(cè)面寫著該控制器的相關(guān)功能。

打開包裝盒，可以看到被塑封袋包好的電動車控制器。

勁匯電動車控制器基本信息：

型號：勁匯五合一藍牙全通用正弦波控制器

電壓：48-60-72-84V

電流：35±1A

生產(chǎn)日期：2024.07

生產(chǎn)商：長興勁匯電子

控制器背面是一塊金屬板，方便散熱。

勁匯電動車控制器拆解

將控制器正面的螺絲擰開。

將金屬蓋子打開，可以看到控制器內(nèi)部覆蓋著一層防水膠。

將外面的防水層揭開，可以看到控制器的電路板。

將電路板從外殼中取出，可以看到電路板全貌，電路整體看上去非常的整潔。

裸露在外的接口和排針上同樣也有橡膠圈覆蓋，防水處理做的不錯。

電路板上有一塊導熱金屬板將功率器件覆蓋，導熱板上還有一層導熱涂層。

在電動車控制器外殼上同樣有一層導熱涂層，該電動車控制器的導熱做的比較到位。

電路板背面

在電路板正面可以看到電源IC、LDO、寄存器、模擬開關(guān)、藍牙模塊、主控MCU、柵極驅(qū)動以及電容等元器件，電路板背面則是12顆MOSFET。

電源電路

電源電路的元器件主要為電源管理IC和LDO。

電源管理IC

電源管理IC來自士蘭微，型號SD4938，封裝形式為SOP-8。

SD4938是一顆DC/DC 降壓芯片。輸入電壓范圍為20-150V，輸出電壓12/15/18V三檔可調(diào)，輸出電流0.5A，開關(guān)頻率60KHz。

其內(nèi)置高壓啟動電路;在輕載下會進入打嗝模式，從而有效地降低系統(tǒng)的待機功耗;具有降頻功能，進一步優(yōu)化輕載條件下的轉(zhuǎn)換效率;具有軟啟動功能，能夠減小器件的應(yīng)力，防止變壓器飽和。

SD4938內(nèi)部還集成了各種異常狀態(tài)的保護功能，包括：VDD欠壓保護、VDD過壓保護、前沿消隱、輸出過載保護、過流保護、過溫保護等。觸發(fā)保護后，電路會不斷自動重啟，直到系統(tǒng)正常為止。

SD4938在該電路中的主要作用是降壓，將電池的48-84V高電壓轉(zhuǎn)換到15V左右的低電壓給驅(qū)動使用。

此產(chǎn)品還可應(yīng)用在平衡輪、以太網(wǎng)供電、電動自行車、電動工具。

搭配該DC/DC降壓芯片組成降壓電路的還有兩顆電容和一顆電感。

此次拆解的勁匯電動車控制器的電容均來自容領(lǐng)微(ROLN)后續(xù)不再贅述。這兩顆電容的規(guī)格分別為100V 4.7μF，25V 220μF。

電感的規(guī)格為330μH。

LDO

該LDO的型號為78M05，封裝形式為TO-252，品牌未知。各廠商型號為78M05的LDO，輸入電壓大多都為35V，輸出電壓為5V。

78M05在該電路中的主要作用是進一步降壓，將降壓芯片傳過來的15V電壓轉(zhuǎn)換到5V左右的電壓給其他元器件使用。

與LDO搭配使用的電容規(guī)格為16V 220μF。

控制電路

控制電路的主要元器件為電控MCU、藍牙模塊、移位寄存器和模擬開關(guān)。

MCU

該電動車控制器的電控MCU來自靈動微電子，型號為MM32SPIN0280，封裝形式為LQFP64。

MM32SPIN0280系列MCU使用的是Arm? Cortex-M0內(nèi)核，最高主頻96MHz。

以下為具體參數(shù)：

- 128KB Flash，8KB SRAM

- 包含 2 個 12 位的 ADC，采樣速度高達 3Msps

- 5 個通用定時器、2 個針對電機控制的 PWM 高級定時器

- 1 個 I2C 接口、2 個 SPI 接口、 3 個 UART 接口

- 針對電機應(yīng)用內(nèi)置 4個運放、5 個比較器

- 工作電壓為 2.0V - 5.5V

- 工作溫度范圍(環(huán)境溫度)-40℃ - 105℃

該系列MCU的應(yīng)用特色有：

-支持48V，64V，72V系統(tǒng)

-支持雙?？刂疲魻朏OC或無傳感器FOC

-HALL-FOC單電阻采樣

-霍爾相位和相移自學習

-霍爾插補平滑處理，速度環(huán)控制

-死區(qū)補償，電子剎車，兩級欠壓保護，防盜

-過壓、堵轉(zhuǎn)、缺相、過流、飛車保護

-可實現(xiàn)主控與顯示儀表等多機通信

-支持OTA更新、藍牙動態(tài)控制管理

-支持二次定制開發(fā)

藍牙模塊

該電動車控制器的藍牙模塊來自西城微，型號為H32X，封裝形式為QFN-48。在其官網(wǎng)沒有找到相關(guān)型號以及數(shù)據(jù)手冊，應(yīng)該是定制芯片。

寄存器

寄存器來自中微愛芯，型號為74HC595，封裝形式為SOP-16。

AiP74HC595是帶有一個存儲寄存器和三態(tài)輸出的8位串入/串或并出的移位寄存器。

其主要特點如下:

輸入電平:CMOS 電平

8位串行輸入

8位串行/并行輸出

帶有三態(tài)輸出的存儲寄存器

帶有直接清零的移位寄存器

100MHz(典型值)移出頻率

工作環(huán)境溫度范圍:-40℃~+105℃

模擬開關(guān)

該電動車控制器用到了三種不同的模擬開關(guān)，同樣都來自于中微愛芯。

這三種模擬開關(guān)的型號分別為——CD4051、AiP4052、74HC5053，封裝形式都為SOP-16。

CD4051是一款八選一模擬開關(guān)電路，AiP4052 是一塊帶有公共使能輸入控制位的 2 路四選一模擬開關(guān)電路， 74HC4053 是一塊帶有公共使能輸入控制位的3路二選一模擬開關(guān)電路。

這三種模擬開關(guān)都主要應(yīng)用于模擬多路選擇開關(guān)、數(shù)字多路選擇開關(guān)及信號選通。

這三顆模擬開關(guān)以及三顆移位寄存器在該電動車控制器電路中主要用來適配不同車型的功能。

在控制電路中，還有規(guī)格為100V 470μF，100V 220μF的電容各兩顆，用作過壓和欠壓保護。

驅(qū)動電路

驅(qū)動電路的主要元器件為柵極驅(qū)動和MOSFET。

柵極驅(qū)動(3顆)

三顆柵極驅(qū)動來自宇力(UNI)，型號為U3115S，封裝形式為SOP-8。

U3115S是一款適用于高壓、高速功率MOSFET和IGBT的雙路半橋柵極驅(qū)動芯片。輸出驅(qū)動器具有高脈沖電流緩沖級，設(shè)計用于最小化驅(qū)動器交叉?zhèn)鲗А?/p>

其主要特點如下：

浮動通道專為引導操作而設(shè)計

300V耐壓

耐受負瞬態(tài)電壓 dv/dt 免疫

柵極驅(qū)動電源范圍從 9 至 20V

欠壓鎖定

兼容 3.3V、5V 和 15V 輸入邏輯

交叉?zhèn)鲗ьA防邏輯

兩個通道的傳輸延遲匹配

MOSFET(12顆)

該電動車控制器的MOSFET來自華羿，型號為HYG053N10NS2P，封裝形式為TO-220FB-3L。

HYG053N10NS2P是一款采用SGT工藝的N溝道增強型MOSFET，其RDS(ON)=4.7mΩ，Vds= 100V，Vgs= ±20V，Qg= 94nC，Id= 135A，100℃時為95.4A。

以上為全部拆解內(nèi)容，最后放一張拆解全家福。

Big-Bit拆解總結(jié)

勁匯電動車控制器元器件清單

通過此次拆解，我們發(fā)現(xiàn)勁匯電動車控制器電路設(shè)計比較整潔，元器件用料扎實。

散熱和防水是所有電動車控制器需要解決的問題，這直接關(guān)乎電動車控制器的安全、穩(wěn)定以及使用壽命。

該電動車控制器使用了全金屬外殼，這個在當前的電動車控制器中幾乎已經(jīng)成為標配。為了獲得更良好的散熱性能，該電動車控制器還在電路板中焊接了非常多的銅條來輔助散熱;同時針對發(fā)熱量較大的驅(qū)動MOSFET特意設(shè)計了導熱板以及導熱涂層，比較好的解決了散熱的問題。

在防水方面，電動車控制器的背面使用了一層防水膠層來保護電路板，并且在裸露在外的接口和排針處也覆蓋了橡膠圈來解決防水的問題。

在電路設(shè)計方案上，勁匯電動車控制器所用到的都是比較經(jīng)典的方案。在電源電路中，用到了士蘭微的SD4938降壓芯片將電路的電壓降至12V為驅(qū)動電路供電，再通過一顆LDO將電壓降至5V為控制電路供電。

SD4938典型應(yīng)用圖

SD4938最高150V的輸入電壓能夠滿足常規(guī)電動車48V-84V的電壓平臺，同時也提供了VDD欠壓保護，VDD過壓保護，前沿消隱，輸出過載保護，過流保護，過溫保護等各種異常狀態(tài)的保護功能。

在電驅(qū)方面，本電動車控制器采用的是非常典型的由三個半橋驅(qū)動組成的三相逆變橋來驅(qū)動電機。每個半橋的電路原理和電路結(jié)構(gòu)都一樣，是由一顆柵極驅(qū)動+四顆NMOS組成，NMOS兩兩并聯(lián)，組成半橋驅(qū)動電路的上下臂。半橋驅(qū)動有著設(shè)計相對簡單、外圍元器件少、驅(qū)動能力強、可靠性高等優(yōu)點。

U3115S典型應(yīng)用圖

在電控方面，靈動微MM32SPIN0280 MCU所提供的支持雙模控制，霍爾FOC或無傳感器FOC;霍爾相位和相移自學習等功能也使得該電動車控制器能夠支持各種不同品牌的車型。

同時，該MCU也為電動車控制器提供了死區(qū)補償，電子剎車，兩級欠壓保護，防盜，過壓、堵轉(zhuǎn)、缺相、過流、飛車保護等保護功能。

MM32SPIN0280電動車方案應(yīng)用圖

該電動車控制器還有一個特殊的電路設(shè)計——由三個模擬開關(guān)組成一個多路選擇模擬開關(guān)，以及三個移位寄存器所共同組成的電路，用來精準匹配不同品牌和型號的電動車的功能。

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審核編輯 黃宇