基於Microchip電感式位置感測器LX34050/LX34070的馬達控制方案

關鍵字 :Microchip電感式位置感測器電機汽車

由於汽車、工業和商業應用需求的增加,高精度位置感測器(如電感式位置感測器)的需求變得普遍。電感式位置感測器是霍爾效應感測器、光學編碼器和磁性旋轉變壓器等基於磁鐵的位置和速度感測器的理想替代品。它們具有更高的精度、抗雜散磁場能力,並且不需要磁鐵作為目標。它們提供了設計的靈活性,因為感測器並未與集成電路(IC)或馬達集成。

 

電感式位置感測器可取代霍爾效應元件和磁性元件,具有更高精度、更強的抗噪能力,且成本更低的優勢。電感位置感測器可改進老舊技術,重量更輕、尺寸更小且成本更低。

 

電感式感測器的工作原理:

• 無需使用磁性元件。相反,我們使用初級線圈來生成交流磁場

• 磁場耦合到兩個次級線圈上產生電壓

• 金屬物體會干擾生成的磁場

• 次級線圈接收到的電壓與目標位置不同

• 位置由次級線圈電壓的比率決定

 

電感式位置感測器的應用:

汽車應用:

換檔器、座椅位置、電機(電動引擎旋轉變壓器更換、轉子位置)、動力煞車輔助、煞車液液位、加速器和煞車踏板檢測等。

醫療用途:

手術機器人、病人監護儀、鑽機(電機控制)、超聲波等。

工業應用:

線性位置編碼器、工業旋轉編碼器、自動販賣機、機器人控制

 

Microchip提供了兩類產品,分別適用於低速執行器應用和高速電機控制檢測。

其中適用於低速執行器檢測的產品有:

LX3301A、LX34211、LX3302A、LX34311,輸出介面多樣化,既支援模擬輸出,又支援PWM輸出,其中LX3302A額外支援SENT和PSI5,LX34311額外支援SENT。

適用於高速馬達控制檢測的產品有:

LX34050和LX34070,兩者均支援單端sin和cos輸出,其中LX34070額外支援差分sin和cos輸出。

 

本方案設計旨在強調LX34050/LX34070電感式位置感測器在為FOC驅動技術提供精確轉子位置方面的應用。FOC適用於需要快速動態響應速度和扭矩變化的應用。LX34050達到ASIL-B汽車安全完整性等級,LX34070達到ASIL-C汽車安全完整性等級。使用的控制單元是Microchip Technology的16位DSC的dsPIC33CK,配備用於快速數學計算的DSP引擎和片上周邊設備,例如PWM、ADC、運算放大器,簡化了實現並減少了整個系統元件。該解決方案可以有效地雙向驅動馬達。

 

完整的一套電感式位置感測器系統裝置,包括金屬片,以及帶有位置感測器的PCB板。針對高速馬達控制應用,金屬片通常安裝在馬達轉軸上,電感式位置感測器:LX34050/LX34070會提供激勵信號給發射線圈(初級線圈),進而產生均勻的磁場,金屬片會產生渦流,進而在接收線圈(次級線圈)產生對沖的磁場。在馬達運行過程中,電感式位置感測器透過接收線圈(次級線圈)的電壓變化,輸出sin、cos信號給MCU,MCU的ADC先進行取樣,進行模數轉換,然後透過sin和cos值進行反正切運算,即可得到對應的角度。

 

電感式位置感測器的PCB板部分,發射線圈和接收線圈需要Microchip原廠協助設計,根據實際的應用環境條件,提供最佳的設計方案。

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

1. 高解析度位置數據,可精確控制馬達的速度和扭矩 2. 抗磁場或溫度變化的干擾能力 3. 比旋轉變壓器更小、更輕、更便宜的解決方案 4. 支援快速原型製作的完整生態系統 5. 具備功能安全支持的車規級解決方案

►方案規格

1. LX34050/LX34070的高解析度位置數據(正弦和餘弦信號),可精確控制馬達的速度和扭矩 2. 精度低至+/-0.5度(1800弧秒) 3. 搭載dsPIC33CK256MP508的三相馬達控制逆變器板(DM330031) 4. Hurst(AC300020)馬達的完整解決方案設計文件,包括線圈系統、PCB、IC和靶材 5. 提供具有模擬和驗證工具的完整生態系統

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