卷到极致，两轮电动车MCU

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电动车控制器概览

两轮车控制器，简单说就是控制电机，控制电机主要就2个部分：

• 硬件核心：AD采样，CPU运算，PWM驱动

• 软件核心：电机控制算法，比如方波控制，FOC控制（双电阻FOC/单电阻FOC）

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控制器使用的MCU的卷法

第一阶段，还是MCU本身的成本PK，提升MCU的运算性能最早应该是瑞萨MCU为主，后面切到台系MCU，ARM时代，STM32强势来袭，STM32F103C6T6斩获了非常大的市场


以至于后来为了打价格战，ST专门换了个标叫做STM32FEBKC6T6，专门来针对电动车市场竞争
随着国产XX32F103的上市，整个两轮车市场的的MCU大致分成了两个分支：

• 沿用了8bit单片机的架构，在片上集成了一些单指令硬件算法器，比如开平方，单指令乘除法等，这一类里面应该数中颖和峰岹的占比比较大了。

• 兼容ST的ARM核心的单片机，主要为M3 M4内核为主，现在也有很多M0的出现了。他们则依靠ARM强大的内部资源进行运算处理，直接抢夺CBT6的市场，我主频高，我内存大，我能5V供电，打的ST是节节败退。

目前像这样的MCU基本都能做到2块钱人民币以内了，雅特力的M4内核的芯片价格靠近了，那些8bit的单片机直奔1.5RMB了
第二阶段，集成模拟，系统层面优化

随着竞争的愈发激烈，国内的单片机设计厂商更加灵活，他们加入了运放，加入了比较器，这给控制器的整体成本带来巨大的诱惑，除了不用再外挂运放比较器以外，整个控制器的布局结构也简洁了很多。

转自 灵动微

可能注意下：图片中，电流的采样，把电阻都省了，直接基于MOSFET的内阻；（目前这个方式不是最主流的，毕竟内置MOSFET的精度不高）
类似凌鸥，中微，也都推出了类似的集成运放，比较器等的高集成芯片；
甚至，部分厂家的MCU已经把MOS Driver也集成进去了，想想一个单片机挂6个mos管的那种简洁就让人激动不已。

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采样电路如何跟着卷

一起看下，随着MCU的主频提升和算法优化，外围的采样电路如何卷起来

针对电流爱养，无论是功率电阻+隔离运放，还是采用HALL传感器，在电动两轮车市场来说都是奢侈品，只有一些高端的场景才会用到。

于是技术的优化开始了，我们可以选择在下管打开的时候，从下管到地线之间串接一个采样电阻，这样可以把隔离运放省去，使用普通的轨对轨低压运放就可以采样到电流，如下图所示：

这样的设计只需要将ADC采样的时刻控制在下边MOS管打开的时候去采样，就可以获取到相线上的电流，软件上复杂了一些，但是硬件上却能够将三个高压隔离运放换成一个普通5毛钱的4通道的普通运放

这还不算完，如果我们不考虑一定使用满功率，也就是对母线电压的调制比有要求，我们可以对总功率降一点额，这样我们只需要两个相电阻+2路运放就可以采样到完整的电流信息，又可以省去3毛钱。

你以为这样就完了？

一个功率3W的贴片功率电阻可是要0.25RMB的，而且这东西在这里还要发热，功率大了还需要多并联，MOS管不是有个内阻的嘛？直接采样它不就OK了。

看下图中，我把三个功率采样电阻去掉了，我们将在下边管打开的时候直接通过MOS管的内阻进行电流值的计算，必要的时候也可以通过温度检测进行一些补偿。

你看这样的电路板上面是不是更简洁了，因为简单，所以便宜。

其实这样还是不够节省，且MOS的内阻随温度的变化一致性也不是特别好，对电流的采样精度会有所影响。

为了再次优化软件算法，我们可以做到使用一颗采样电阻来做到三相电流的采样，这就是单电阻采样技术，下图是它的技术架构：

这种单电阻采样，将整个采样电路的成本压缩到了一个功率电阻+一个普通运放，但是对软件的要求增加很多，我们需要在一个FOC周期的波形中进行两次采样，这对于ADC本身的采样速度也提出了要求

至于这个地方如何确定采样时刻，如何做到波形补偿，有很多芯片原厂的专利技术可以查询，我这里就不去赘述了

TI的方法也是在PWM左半部分周期采样两次，当出现不可观测区时，当前周期不够的，提前“预支”下一个周期的值来补偿，还有很多很多其他方法，总之降本增效的目的达成了。

我相信任何一个行业都有自己“内卷”的形式，只要我们做到了成本十倍优或者功能十倍好就是伟大的创新。

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