基于 Infineon 霍爾技術的TLE4997在電子節氣門位置傳感器ETC 優選器件方案

開發背景

隨著時代的發展,人們對汽車的動力性、經濟性、環保性、舒適性、安全性和方便性,提出了更高的要求,為此,多樣化的智能發動機管理系統日漸普及。智能電子節氣門控制系統,在新款的乘用車上廣泛使用,替代了"拉索式"的控制方式,簡化了各控制系統的整體結構,綜合控制功能得到提高,取消了各式怠速閥。作為汽車電子控制系統的信號源,傳感器的性能直接決定了系統的性能,其中節氣門位置傳感器是電子控制系統中非常重要的傳感器之一,它是怠速控制、燃油噴射系統、點火提前角控制等主要信號源。
電子節氣門控制系統是閉環控制系統，它對油門加速踏板位置信號、節氣門位置信號進行采樣處理，根據兩者的誤差值以確定節氣門閥的基本開度；系統在計算出基本開度后，通過CAN總線與整車ECU通信，獲得整車工況信息，綜合計算出對發動機的輸出功率和輸出轉矩的需求，對基本開度進行修正，通過輸出PWM控制驅動電機用以控制節氣門的實際開度.

本方案以智能電子節氣門為研究對象，采用的是英飛凌TLE4997E2方案進行相應的硬件和軟件設計,實現功能,及典型應用.

一.  電子節氣門基本原理
       電子節氣門控制系統是閉環控制系統，它對油門加速踏板位置信號、節氣門位置信號進行采樣處理，根據兩者的誤差值以確定節氣門閥的基本開度；系統在計算出基本開度后，通過CAN總線與整車ECU通信，獲得整車工況信息，綜合計算出對發動機的輸出功率和輸出轉矩的需求，對基本開度進行修正，通過輸出PWM控制驅動電機用以控制節氣門的實際開度.

                                                                                    圖1

二.  硬件設計

      1..電源電路設計 
      電源部分主要為電控單元、傳感器和直流電動機提供電源。其中由于傳感器電 路精度比較高，節氣門位置傳感器和踏板位置傳感器輸入的模擬信號供電電壓必須非常穩定，否則對踏板位置傳感器和節氣門位置傳感器信號會有很大的擾動，本設計中給傳感器單獨供電，電控單元5V供電電源與傳感器SV供電電源分開。本設計共需兩個5V和一個12V直流電源。其中5V電源由兩個電壓轉換器件LM317從12V直流電源直接轉化得到。直流電機所需12V直流電源直接從12V蓄電池得到。圖2所示為系統采用電源穩壓電路圖，主要由電源穩壓芯片LM317組成。


                                                                                        圖2
      2.角位移信號調理電路
               該電路是電控系統的重要組成部分，主要完成信號的跟隨和濾波。信號調理可以防止各種干擾信號進入系統，
        是整個系統抗干擾的重點部分。其原理圖如圖3所示。圖3 節氣門位置信號調理電路

                                                                                        圖3
       3.工作指示電路
        該電路是LED明亮程度,指示節氣門的開度或者反應的油門的大小，車子當前工作狀態.

                                                                                      圖4
 三.   軟件設計
         1.開發工具
          編程器：PGSISI-2
          開發板
          DC24V電源
          USB通訊線

                                                                                           圖5
2.1.設置參數

                                                                                          圖6.1

2.2.設置參數
                                                                                
                                                                                         圖6.2


3.1 兩點校準

                                                                                          圖7.1

3.2 兩點校準

                                                                                         圖7.2


4.程序燒錄

4.1參數檢查


                                                                                         圖8.1

4.2燒錄設定程序


                                                                                       圖8.2


四.方案可以實現：

1.精確控制節氣門開度。
2.改善發動機的節油和排放性能。
3.發動機全范圍的最佳扭矩的輸出。
4.冗余設計，具有更高的車輛行駛可靠性。
5.不同的車況，可選不同的工作模式。
6.可獲得海拔高度補償。

五.典型應用1  

線性和角度位置檢測
1.油門踏板,節氣門位置
2.座椅位置，閥門轉角
3.懸架控制
4.轉向系統   
5.大燈的角度

六.典型應用2  

 大電流檢測
1. 電池管理
2.電機控制
3.電子保險絲

?場景應用圖

?產品實體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?電子節氣門內部結構圖

?核心技術優勢

線性霍爾IC TLE4997是專為滿足高精度旋轉和位置檢測的需求而設計的，以及電流測量應用。該傳感器測量磁場的垂直分量，并輸出與磁場成正比的信號，并可選擇不同的接口，即PWM、SENT或SPC。 采用BiCMOS技術，具有高電壓能力，并提供反極性保護。數字信號處理采用16位DSP結構和完全可預測，數字溫度補償保證，與模擬系統相比，長期穩定，無漂移。最小的整體分辨率是12位。然而，一些內部階段的分辨率高達20位 具體優勢

■允許穩定的重現操作和精確的確定性參數設置

■靠近電源和/或地電平的輸出電壓范圍更寬

■真實可靠的12位模擬輸出性能

■靈活適應各種磁性配置

■無需任何設置回路，即可實現高精度的復雜磁路熱補償

■全自動操作范圍

■提供精確的校準設置和恒定的采集精度超過溫度、壓力和壽命

■可對大量應用電路進行斷線、傳感器供應調節器故障和短路檢測

■由于機械應力造成的漂移非常小

■適用于汽車環境，在不損失輸出值的情況下，能承受電壓下降

■允許以更高的帶寬采集更短的信號延遲

■簡單可靠的校準，高數據保存性——另外還采用了內部前向糾錯功能

?方案規格

■可達20位的全數字信號處理

■寬輸出范圍的12位整體分辨率

■低比度誤差，低積分和優秀的微分非線性

■電壓輸入范圍4V~7V

■3個磁量程:±50/100/200 mT

■全數字和確定性二階溫度補償

■廣泛的溫度范圍-40℃至150℃

■低零場偏置和異常低偏置漂移

■對上拉和下拉載荷的實時診斷，過欠壓電壓檢測

■所有引腳EMC、開路、短路、過欠壓、反極性、過溫等保護功能

■機械魯棒性，超低噪音測量

■具有單位錯誤校正的參數EEPROM