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  電機(jī)驅(qū)動是一個復(fù)雜的領(lǐng)域，應(yīng)用于許多應(yīng)用案例。一些電機(jī)驅(qū)動器可以在沒有相位傳感器(無傳感器)的情況下完美運(yùn)行。在這種情況下，為什么要增加額外的部件呢?讓我們來區(qū)分相位傳感器的兩個功能。

    ▲ 實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向和應(yīng)用定位的通用結(jié)構(gòu)單元和路徑

電機(jī)控制可以具有多個反饋回路：一個用于電機(jī)換向，一個用于定位。這些控制回路不一定使用相同的位置傳感器，因?yàn)閮?yōu)化系統(tǒng)和BOM需要不同的特性。位置傳感器可以在以下方面改進(jìn)系統(tǒng)的控制:位置、扭矩或速度。

    ▲ 實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向和應(yīng)用定位的通用結(jié)構(gòu)單元和路徑

  電機(jī)換向

  對于多種類型的電機(jī)，位置傳感器可以用作電機(jī)換向控制回路的組件。電機(jī)控制算法可決定通過線圈的電流大小及其時序。施加磁場的角度必須與轉(zhuǎn)子的磁場方向正交，以最大程度提高效率。

  電機(jī)控制算法的類型與電機(jī)設(shè)計和傳感器類型相關(guān)。例如，無刷電機(jī)可以在梯形控制、正弦控制和磁場定向控制模式下運(yùn)行：

  梯形控制為基本模式，可根據(jù)鎖存器/開關(guān)的輸出確定轉(zhuǎn)子的位置。它可以滿足無刷直流電機(jī) (BLDC) 的需求，實(shí)現(xiàn)高速換向，但可能出現(xiàn)意外轉(zhuǎn)矩波動。想象一輛加速不平穩(wěn)的電動車。

  正弦控制或磁場定向控制表現(xiàn)更出色，但它們依賴于轉(zhuǎn)子角位置的精確性(高分辨率角度)。角位置越精確，效率越高，在某些應(yīng)用中會體表現(xiàn)出更高的安全性。這些控制算法也適用于永磁同步電機(jī) (PMSM)。

    ▲ 傳感器原理

    ▲ 角度編碼器原理

  定位應(yīng)用

  位置傳感器可用于應(yīng)用定位。以一個關(guān)鍵的智能閥為例。位置傳感器可確保閥門位置正確(不依賴電機(jī)位置)。另一個例子是可精確定位機(jī)械臂上的關(guān)節(jié)的伺服電機(jī)。

在這個例子中，電機(jī)定位所用的傳感器可以是用于電機(jī)換向的傳感器。如果轉(zhuǎn)子軸的位置和電機(jī)的輸出軸完全關(guān)聯(lián)，則應(yīng)為上述情況。但并非總是如此。在某些情況下，內(nèi)部齒輪箱會將高速/低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換為低速/高轉(zhuǎn)矩輸出軸。然后可能需要在輸出傳感器上額外配備一個低速傳感器。

  Melexis 產(chǎn)品Melexis 產(chǎn)品用于電機(jī)換向的傳感器芯片

  在本章中，我們會詳細(xì)介紹 3用于電機(jī)換向的3種霍爾產(chǎn)品：鎖存器/開關(guān)芯片、線性霍爾傳感器芯片和角度編碼器芯片。

    >> 采用鎖存器/開關(guān)控制電機(jī)換向

  鎖存器/開關(guān)產(chǎn)品以多芯片配置放置在定子中，它們非常適合直流無刷電機(jī)的梯形控制：使用 3 顆芯片，每相 1 顆。

    ▲ 側(cè)向或垂直感應(yīng)

  Melexis 提供一系列具有預(yù)編程或可編程固定參數(shù)的霍爾效應(yīng)鎖存器芯片。除了可感應(yīng)垂直施加于芯片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度的傳統(tǒng)傳感器之外，Melexis 還推出了可感應(yīng)側(cè)向磁感應(yīng)強(qiáng)度的鎖存器芯片。此功能大大提高了傳感器定位相對于磁體(轉(zhuǎn)子或感應(yīng)磁體)定位的靈活性。傳感器采用單芯片 TSOT-3L 或 TO92-3L 封裝。Melexis 還推出了首款支持 ASIL-B 的鎖存器/開關(guān)芯片。

    ▲ 側(cè)向/X 軸

    ▲ 側(cè)向/Z 軸

  >> 采用線性霍爾傳感器控電機(jī)換向

  線性霍爾效應(yīng)傳感器可用于替代鎖存型霍爾傳感器。多個傳感器正交式使用可提供具有高角度分辨率的轉(zhuǎn)子絕對角度。可根據(jù)它們的模擬輸出通過專用算法計算出更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置。因此，它們不僅適用于檢測電機(jī)換向點(diǎn)，還適用于精確的位置控制。以 90° 磁相移放置的兩個線性霍爾傳感器也可用作正弦余弦角度傳感器。α 角由 SIN 與 COS 反正切計算得出。

    ▲ 采用 3 個傳感器的配置

    ▲ 采用 2 個傳感器的配置

  由磁性角度編碼器控制的電機(jī)換向

   磁性角度編碼器，也稱為角度編碼器或電機(jī)角度編碼器，是提供成比例模擬正余弦輸出的快速芯片解決方案。這些輸出代表轉(zhuǎn)子磁通量，因此可用于檢測電機(jī)位置。最新一代產(chǎn)品可以放在軸上(軸端)或軸外(軸通)。

    ▲ 軸端

    ▲ 軸通

  Triaxis® 角度編碼器提供了一種 X-Y-Z 磁軸配置。此功能大大提高了傳感器定位相對于磁體(轉(zhuǎn)子或感應(yīng)磁體)定位的靈活性。

    ▲ 從左往右依次為 X/Y、X/Z、Z/Y 磁軸

  傳感器的 OUT1 和 OUT2(正弦和余弦信號)可配置為 X/Y 磁軸、X/Z 磁軸或 Z/Y 磁軸，用于軸端或軸通感應(yīng)。

  定位用傳感器芯片

  某些電機(jī)應(yīng)用會額外配備用于定位的控制回路。例如，執(zhí)行器低速運(yùn)行的閥門?；蛘弋?dāng)應(yīng)用中的內(nèi)部齒輪箱將高速/低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為低速/高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)時。由于齒輪箱的不斷磨損，轉(zhuǎn)子位置與電機(jī)輸出軸之間的一一對應(yīng)關(guān)系會逐漸消失。因此，在某些設(shè)計中，輸出軸上額外配備了一個位置傳感器。

  上述電機(jī)換向產(chǎn)品非常注重高速性能。它們的更新頻率以幾微秒來表示，通常輸出原始信息。然后由相關(guān)的 MCU 處理此信息。對于應(yīng)用定位，快速響應(yīng)不再是關(guān)注重點(diǎn)。因此，我們可以使用能輸出已計算角度信息的“更智能”的傳感器。這類傳感器在 DSP 助力下，可提供更多功能(信號補(bǔ)償、可編程診斷...)，從而能進(jìn)一步簡化系統(tǒng)設(shè)計。Melexis 提供各種低速角位置傳感器芯片。Melexis 產(chǎn)品中的低速指更新頻率不低于 200μs。

  適用于執(zhí)行器的傳感器芯片

  Melexis 的全集成 LIN 電機(jī)驅(qū)動芯片和預(yù)驅(qū)動芯片可降低 BoM 成本，簡化汽車機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制翼板、閥門、風(fēng)扇和泵的設(shè)計。這些裝置還可用于機(jī)器人系統(tǒng)和電動自行車/電動踏板車。

  支持兩線直流電機(jī)、三線直流無刷電機(jī)或四線雙極步進(jìn)電機(jī)，可以使用帶傳感器或無傳感器的磁場定向控制 (FOC) 算法。

  對于帶傳感器的應(yīng)用，Melexis 一站式為您提供傳感與驅(qū)動解決方案。絕對角度位置傳感器芯片可與 Melexis 的驅(qū)動芯片搭配使用，以驅(qū)動和感應(yīng)智能閥的位置，從而有效冷卻電池或發(fā)動機(jī)。還可兼容 Melexis 的預(yù)驅(qū)動芯片，用于跟蹤智能泵中的轉(zhuǎn)子位置，從而以正確的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)泵的高效和動態(tài)控制。我們的第三代嵌入式驅(qū)動芯片系列包括適用1..10 W應(yīng)用的MLX81330 和 MLX81332 LIN 驅(qū)動芯片適用10..2000W應(yīng)用的MLX81340、MLX81344和MLX81346 LIN預(yù)驅(qū)動芯片，值得一提的是，Melexis 憑借 MLX81346 成為將全集成片上系統(tǒng) (SoC) 48 V 預(yù)驅(qū)動芯片推向市場的先驅(qū)企業(yè)。

  概念總結(jié)

  

借助位置傳感器的支持，電機(jī)驅(qū)動器可滿足與位置、轉(zhuǎn)矩和速度控制相關(guān)的特定應(yīng)用要求。Melexis 傳感與驅(qū)動解決方案是優(yōu)化您的機(jī)電一體化應(yīng)用的理想選擇。