设计具有 AMR 角度传感器的位置感应系统

湾区科技日报 20240417

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  • 角度传感器
各国政府采取措施促进内燃机减少 （ICE） 汽车排放的温室气体，原设备制造商 （OEM） 将机械系统重新设计为电子控制系统。高水平的系统连接和智能技术使自动驾驶汽车成为现实，因此市场对电子产品和软件算法的需求不断增加，以满足国际标准化组织的需求 （ISO） 26262 所有的安全要求都包括在内。　　在需要满足功能安全标准的系统中，传感器，特别是角度传感器，是必不可少的。它有助于监控和提供扭矩和角度信息，这是高效驱动或运行各种汽车系统所必需的。　　设计 EPS 系统　　电动助力转向系统 （EPS） 由转向柱、电子控制转向电机、电子感应和控制机制组成。当驾驶员转动方向盘时，电机(通常是无刷直流电机)协助转向，取代了传统的机械和液压系统。　　EPS 该系统具有运行更快、更智能、减少二氧化碳排放、提高燃油效率、增强用户体验等优点。驾驶员在方向盘界面提供系统输入。传感器检测电机轴的位置和方向盘的旋转，并将数据发送到电子控制单元 （ECU）。图 1 突出显示了 EPS 系统的基本要素。　　图 1：EPS 系统　　设计 EPS 该系统所需的部件包括微控制器、传感器、电源、电机驱动器和晶体管。这些组件对系统的高效通信和运行至关重要。如图 2 控制器局域网用于连接车辆 ECU 总线标准。　　图 2：EPS 系统方框图　　德州仪器 （TI） 的 TMAG6181-Q1 是各向异性磁阻 （AMR） 角度传感器。与施加的平面磁场方向相关，它具有一个集成的信号调节放大器，可以提供正弦和余弦的模拟输出。　　TMAG6181-Q1 的延迟低于 2?s，角度误差仅为 0.4 有助于大大提高系统的性能和效率。在正常运行模式下，传感器集成匝数计数器可以跟踪电机的最高值 32,000 转/分 （rpm） 在最高速度和低功耗模式下 8,000 rpm 的转速。在设备运行过程中，还可以对各种设备和系统级诊断功能进行检测、监控和报告。举例来说，TMAG6181-Q1在睡眠或故障模式下 AMR 传感器的输出将进入高阻抗状态。建议使用下拉或上拉电阻，以确保微控制器能够检测故障。　　要处理 AMR 输出信号并提取 EPS 外部微控制器通常需要电机或方向盘的角度。TMAG6181-Q1 中的 AMR 角度传感器可用于单端或差分输出模式；后一种模式可消除系统中的共模干扰。来自 AMR 正弦和余弦信号与施加磁场的角度成正比。AMR 传感器的输出电压与电源电压成比例，以确保外部 ADC 可参考电源电压。　　图 3 显示不同输出信号的典型应用图 SIN_P、SIN_N、COS_P 和 COS_N 外部微控制器与外部微控制器连接的四个单端模数转换器 EPS 系统中的 ECU 通信。　　图 3：在单端输出模式下 TMAG6181-Q1　　如有，建议使用差异 ADC，因为它可以提高可靠性。为了获得高精度，负载电容器和电阻必须相互匹配。TMAG6181-Q1 可直接在 AMR 输出引脚的驱动程度高达 10nF 容性负载驱动高达拉电流和灌电流 1mA 电阻负载。这可实现 EPS 运行系统平稳可靠。　　简化合规性 TMAG6181-Q1 提供了 ISO 26262 系统设计文档，其中汽车安全完整性等级高达 B 级。　　电动自行车和电动踏板车系统的设计　　电动自行车是一种自行车，包括电机、电池、控制装置、传感器和显示屏五个关键部件。电机是电动自行车不可缺少的一部分，可用于在脚踏过程中提供所需的额外功率。如图 4 如方框图所示，如果要高效可靠地旋转电机(可安装在前、中、后)，则需要角度传感器。　　电动踏板车是从燃气驱动向电动踏板车转换的踏板车。其电机驱动系统设计与电动自行车非常相似，但并不复杂。电动踏板车的设计只需在踩下油门时为电机供电，但电动自行车的设计还必须监控骑手的脚踏动力，以确定向电机供电。不同地区要求电动自行车和电动踏板车达到与汽车行业相似的安全水平。　　图 4 重点介绍电动自行车系统开发所需的部件。角度传感器可以提供角度反馈，然后通过微控制器计算角度反馈，从而有效可靠地旋转电机。AMR 传感器通常受到限制 180 度，但 TMAG6181-Q1 在 X 和 Y 轴增加了两个独立的霍尔效应传感器输出，可以扩大传感器的角度范围 360 度。　　图 4：电动自行车方框图　　结语　　今天的汽车和电动自行车包括许多 ECU，用于驱动和控制高级功能。设计 EPS 需要系统，电动自行车或电动踏板车 ECU 为实现高效可靠的运行，精确控制。TMAG6181-Q1 有助于提高系统性能，实现更快、更准确的电机控制。欢迎点击更多精彩内容==>>应用电子技术-AET<<

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