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新型传感器提升电动机性能并降低功耗

作者: 时间:2016-12-20 来源:网络 收藏


如果芯片的传输延迟是100μs,发动机的转速为1000转每秒,那么动态角度误差为1.2度。如果转子的转速增至10,000转每秒,动态角度误差就增至12度。

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图4:传输延迟如何增加动态角度误差

传输延迟是所有磁性位置传感器的特点,因此系统设计工程师试图将补偿算法应用于减少动态角度误差。不幸的是,每秒几千个数据样本的补偿会对主机ECU造成严重的负担,甚至需要额外定制一个误差补偿专用的MCU。

设计团队并不希望从本质上增加物料成本,也不想花费太多时间来开发、测试和修正他们的补偿算法。

新型传感器减少动态角度误差

如刚才所说,磁性位置传感器的传输延迟是固定的,而动态角度误差的值取决于传输延迟的时间和转速。

现在,奥地利微电子已经开发出新的补偿方案应用到磁性传感器中,该方案正在申请专利。这种新的内部补偿技术叫做DAEC(动态角度误差补偿),首先试用于47系列的磁性传感器。DAEC能够有效减少汽车位置传感器AS5147的传输延迟误差至仅1.9μs。这意味着AS5147在14,500转每秒的转速下,动态角度误差仅为0.17度,几乎可以忽略不计。

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图5:集成补偿方案的传感器输出(上)以及未集成补偿方案的传感器输出(下)

图6显示了AS5147(左)与传统磁性位置传感器(右)测量输出的区别,有精确的光学编码器输出作为参考。右图显示传感器输出受到200μs传输延迟的影响,在14,500转每秒的转速下产生的动态角度误差为18度。

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图6:左图显示了传统的分散式动态角度误差补偿法。右图显示了新的动态角度误差补偿法。

相反,AS5147的误差几乎可以忽略不计,也就是说它的信号能够直接用于调整控制器,无需外部补偿。事实上,带有DAEC技术的内部补偿产生的动态角度误差可能比外部补偿更小,因为ECU和MCU中常常会有抽样误差。

当然,传感器内部补偿还能降低系统成本,原因是没有额外的MCU,又或是能够使用更小功率的ECU。

抵御杂散磁场

许多磁性传感器的另一个弊端是容易受到杂散磁场的干扰。转子磁铁以外的磁场干扰随时会破坏芯片的角度测量,而这种随机的错误无法通过主机ECU或MCU来补救。因此,用户不得不对芯片采取屏蔽措施,这就增加了物料成本和装配成本;还可能违背对空间有要求应用的结构设计。

根据ISO 26262汽车功能安全标准,免受杂散磁场的干扰已经成为发动机系统的强制性要求。

“差分传感”专利技术被应用于奥地利微电子的所有磁性位置传感器中,包括47系列,使传感器免受杂散磁场影响的最高值达到25,000A/m。低于该临界值,就无需采取屏蔽措施。

结论

奥地利微电子DAEC技术的推出意味着无刷直流电动机和永磁同步电动机制造商能够利用极其精确的位置数据使高转速应用中的转矩达到最大化,同时通过磁性位置传感器缩小电动机的尺寸,提高可靠性。

DAEC技术现已应用于AS5147*单层晶圆)和AS5247(双层冗余晶圆)汽车磁性位置传感器(AEC-Q100 阶段0汽车应用认证),支持无刷直流电动机在汽车领域的应用,如电子动力方向盘(EPS)、传动装置(变速箱、促动器)、泵以及制动器。

在工业应用方面,采用DAEC技术的AS5047D也已投入使用,提供十进制ABI输出,是替换光学编码器的理想之选。

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