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        新型傳感器提升電動機性能并降低功耗

        作者: 時間:2016-12-20 來源:網絡 收藏


        如果芯片的傳輸延遲是100μs,發動機的轉速為1000轉每秒,那么動態角度誤差為1.2度。如果轉子的轉速增至10,000轉每秒,動態角度誤差就增至12度。

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        圖4:傳輸延遲如何增加動態角度誤差

        傳輸延遲是所有磁性位置傳感器的特點,因此系統設計工程師試圖將補償算法應用于減少動態角度誤差。不幸的是,每秒幾千個數據樣本的補償會對主機ECU造成嚴重的負擔,甚至需要額外定制一個誤差補償專用的MCU。

        設計團隊并不希望從本質上增加物料成本,也不想花費太多時間來開發、測試和修正他們的補償算法。

        新型傳感器減少動態角度誤差

        如剛才所說,磁性位置傳感器的傳輸延遲是固定的,而動態角度誤差的值取決于傳輸延遲的時間和轉速。

        現在,奧地利微電子已經開發出新的補償方案應用到磁性傳感器中,該方案正在申請專利。這種新的內部補償技術叫做DAEC(動態角度誤差補償),首先試用于47系列的磁性傳感器。DAEC能夠有效減少汽車位置傳感器AS5147的傳輸延遲誤差至僅1.9μs。這意味著AS5147在14,500轉每秒的轉速下,動態角度誤差僅為0.17度,幾乎可以忽略不計。

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        圖5:集成補償方案的傳感器輸出(上)以及未集成補償方案的傳感器輸出(下)

        圖6顯示了AS5147(左)與傳統磁性位置傳感器(右)測量輸出的區別,有精確的光學編碼器輸出作為參考。右圖顯示傳感器輸出受到200μs傳輸延遲的影響,在14,500轉每秒的轉速下產生的動態角度誤差為18度。

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        圖6:左圖顯示了傳統的分散式動態角度誤差補償法。右圖顯示了新的動態角度誤差補償法。

        相反,AS5147的誤差幾乎可以忽略不計,也就是說它的信號能夠直接用于調整控制器,無需外部補償。事實上,帶有DAEC技術的內部補償產生的動態角度誤差可能比外部補償更小,因為ECU和MCU中常常會有抽樣誤差。

        當然,傳感器內部補償還能降低系統成本,原因是沒有額外的MCU,又或是能夠使用更小功率的ECU。

        抵御雜散磁場

        許多磁性傳感器的另一個弊端是容易受到雜散磁場的干擾。轉子磁鐵以外的磁場干擾隨時會破壞芯片的角度測量,而這種隨機的錯誤無法通過主機ECU或MCU來補救。因此,用戶不得不對芯片采取屏蔽措施,這就增加了物料成本和裝配成本;還可能違背對空間有要求應用的結構設計。

        根據ISO 26262汽車功能安全標準,免受雜散磁場的干擾已經成為發動機系統的強制性要求。

        “差分傳感”專利技術被應用于奧地利微電子的所有磁性位置傳感器中,包括47系列,使傳感器免受雜散磁場影響的最高值達到25,000A/m。低于該臨界值,就無需采取屏蔽措施。

        結論

        奧地利微電子DAEC技術的推出意味著無刷直流電動機和永磁同步電動機制造商能夠利用極其精確的位置數據使高轉速應用中的轉矩達到最大化,同時通過磁性位置傳感器縮小電動機的尺寸,提高可靠性。

        DAEC技術現已應用于AS5147*單層晶圓)和AS5247(雙層冗余晶圓)汽車磁性位置傳感器(AEC-Q100 階段0汽車應用認證),支持無刷直流電動機在汽車領域的應用,如電子動力方向盤(EPS)、傳動裝置(變速箱、促動器)、泵以及制動器。

        在工業應用方面,采用DAEC技術的AS5047D也已投入使用,提供十進制ABI輸出,是替換光學編碼器的理想之選。

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