48V电机控制技术：在电单车中的应用

芝能智芯出品

随着全球对于可持续出行和城市空气质量的日益重视，轻型电动车（LEV）市场正以前所未有的速度增长。尤其在印度等地区，两轮车的电动化对于推动可持续发展至关重要。

在这场绿色出行的革命中，提升电机控制系统的效率与性能成为了关键，我们在这里将深入探讨如何利用NXP提供的48V电机控制解决方案，为轻电车应用带来显著的优化效果。

轻电车牵引电机控制领域正面临几大关键市场趋势：续航里程的提升、成本控制、快速上市时间、未来可升级性、以及安全可靠性。

为了延长行驶距离，提高逆变器效率并加入能量回收制动变得尤为重要。同时，降低开发周期成本、确保软件更新能力和定制骑行模式也是当前设计中的重要考量。

增强电机的最高速度和扭矩，提升爬坡能力，并减小电机、逆变器和电池的尺寸与重量，都是推动技术创新的关键驱动因素。

轻型电动车（LEV）市场呈现出多样化的需求，从个人出行到货物运输：

● 电动自行车：主要用于个人或共享出行，动力范围为250W到750W，最高速度约为25公里每小时。

● 电动摩托车：用于个人出行或最后一公里配送，动力范围为1KW到6KW，最高速度约为85公里每小时。

● 电动三轮车：用于客运或货物运输，动力范围为5KW到11KW，最高速度可达65公里每小时。

48V电动机控制系统是一种专为轻型电动车设计的电动驱动方案，利用48伏电池提供动力。这种系统具有多相电力电子转换能力，能够控制各种电机类型（如无刷直流电机、永磁同步电机等），实现高效的电能转换和精确的电机控制。

NXP的S32K3x系列MCU（微控制器）是这一优化方案的核心，它专为汽车应用而设计，提供高性能的硬件安全引擎、嵌入式网络通信接口（包括FlexCAN、LIN、以太网等）以及超低功耗特性。这些MCU能够满足汽车电子控制单元（ECU）对功能安全（ASIL）的严格要求，确保产品符合行业标准。

● 高性能处理器：采用1至5个Cortex-M7内核，主频从120MHz到300MHz。

● 丰富的接口：支持CAN、LIN、Ethernet等多种通信接口。

● 功能安全支持：符合ASIL-D功能安全标准，集成硬件安全引擎和固件空中更新功能。

这个48V解决方案的特色包括：

● 广泛兼容的传感器处理接口：支持Resolver、编码器、霍尔效应等多种类型的转子位置传感器，以及电流信号的监测与过流保护。

● 故障逻辑与安全机制：具备电源故障监控、过流和过压保护的故障锁存，以及用于安全操作的PWM信号处理。

● 隔离层设计：采用飞返转换器作为备用电源源，确保隔离的CAN通信和安全控制唤醒信号。

● 模块化系统：适用于48V电机控制应用，能控制3/6相交流电机，功率范围高达5.7kVA，峰值电流可达约170安培。

NXP还提供了S32 Design Studio IDE，这是一个免费且符合CMMI及IATF16949标准的开发环境，基于Eclipse IDE，集成了GNU Compiler Collection (GCC)和GNU Debugger (GDB)，为开发者提供了无代码大小限制的开发工具。

此IDE支持S32K3x系列MCU的编程、编译和调试，还包含S32配置工具，用于引脚功能设定、时钟配置、RTD外设驱动（支持AUTOSAR和非AUTOSAR）以及FreeRTOS等实时操作系统。

随着全球对于环境保护和能源效率的关注日益增加，电动交通工具迅速成为主流，尤其在城市化和环境挑战严峻的地区。轻型电动车（LEV），如电动自行车、电动摩托车和电动三轮车，提供了灵活、高效的解决方案。

在这一领域，48V电动机控制技术正成为核心技术，通过提高车辆性能、降低成本和增强安全性，推动轻型电动车市场的发展。

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