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              今天給大家普及直流無刷電機是這樣提高控制性能的

              更新時間:2019-04-08  點擊次數:1988次

              在許多終端市場和應用中,一個明顯的趨勢是用高效無刷DC電機(BLDC)取代交流電機或機械泵。為了實現電機的精確控制和高效換向,高分辨率電流和旋轉位置信息至關重要。盡管無傳感器方案可用于檢測反電動勢電流,但電機的啟動性能可能是個問題。 

              另一種方法是使用基于各向異性磁阻(AMR)技術的角度傳感器,這種傳感器既便宜又精確。在ARM傳感器的幫助下,不僅可以實現高角度精度,而且可以將檢測元件和電子電路集成在同一封裝中。這使得能夠獲得非常小的傳感器子系統,并將傳感器定位在馬達組件內。 

              ADI公司與磁阻技術的領導者sensetec gmbh合作,提供ADA4571,該器件將高精度AMR傳感器和高性能儀表放大器集成在一個封裝中。 

              ADA4571是一款理想的傳感器,通過在40℃至+150℃的寬工作溫度范圍內的生產測試、內置診斷功能、大輸出電平、電磁兼容保護和低失調失調失調,最大角度誤差為0.5°??蓪崿F速度超過25000轉/分的高性能BLDC電機控制。

               自動抄表技術 

              基于AMR概念的傳感器的材料電阻率取決于相對于電流方向的磁化方向。傳感器通常沉積成薄膜透磁合金(磁性鐵鎳合金)。磁流變傳感器工作在飽和狀態,因此外部磁場在電阻變化中起決定性作用。當外部磁場平行于電流方向時,電阻最大,當施加的磁場垂直于載流透磁合金平面時,電阻最小。AMR傳感器如何工作的簡圖如圖1所示。


               圖1。自動抄表工作原理

               當兩個獨立的惠斯通電橋配置彼此成45度布置時,可以實現角度傳感器,并且其正弦和余弦輸出取決于外部磁場的方向。這種配置可以提供絕對測量范圍為180°的傳感器。



               圖2 .360°機械旋轉的ADA4571誤差(灰色)和輸出波形(橙色/藍色) 


              圖2顯示了在360°機械旋轉下施加旋轉磁場時,ADA4571的典型高輸出電平和角度誤差。經過微控制器中的偏移校正和反正切計算,典型誤差小于0.1。 

              傳感器安裝 

              對于大多數BLDC控制系統,根據可用空間和電機軸安裝的便利性,有許多配置和安裝傳感器的選項。圖3顯示了ADA4571的兩個配置示例。


               圖3 .BLDC系統和ADA4571 (a)軸端系統(B)軸側系統

               典型的軸端配置包括安裝在旋轉軸上的直徑磁化圓盤磁體,其安裝在馬達組件內部,如圖3(a)所示。磁體可以提供穿過傳感器平面的磁場。 

              在這種配置中,可以直接讀取轉子角度,而無需接觸機械和電氣部件。由于AMR技術不依賴磁場強度,它可以承受氣隙變化。獨立于磁場強度也可以增加機械公差并簡化磁體材料的選擇。 

              緊湊的軸端配置意味著傳感器可以直接安裝在印刷電路板上,靠近電子控制設備(微控制器、金屬氧化物半導體場效應晶體管),從而將信號路由和與惡劣電機環境的距離降至最低。

               另一種可能的配置是圖3(b)所示的軸向側系統。軸側配置可用于待測軸末端不能配備磁鐵的應用中。在這種配置中,激勵由磁極環提供,并且傳感器和磁極環可以安裝在軸上的任何位置。典型應用包括電動轉向泵或BLDC電機,由于空間限制,其軸端無法使用。 

              因為ADA4571可以提供低延遲和精確的位置反饋信息,所以可以精確控制電機的每相電流,從而使電機能夠平穩響應動態負載或在變化的條件下保持恒定速度。最終結果是更好的控制、最大扭矩、更高的啟動/停止效率和更好的運行條件。 

              傳感器設置和校準 

              為了達到更高的精度,可以在用戶生產線的末端執行各種校準程序??梢詧绦幸淮涡云菩蕘硐跏际д{。


              圖4 .單點和兩點校正的典型角度誤差與溫度的關系 

              由于傳感器的偏移漂移,角度精度可能隨著溫度的升高而降低,例如在150℃的單點校正的情況下,而兩點溫度校準可以提高性能。在這種情況下,可以內插片內溫度傳感器的偏移和信息,并且可以補償隨溫度變化的偏移。 自由運行應用中的BLDC系統可以通過計算特定時間段內傳感器輸出的平均值來充分利用連續偏移校正技術。微控制器中的動態失調補償可以在整個溫度范圍和工作壽命內實現非常高的精度。

               與其他傳感器技術(霍爾/GMR/TMR)不同,ADA4571不需要執行額外的校準步驟,如幅度校正或正交校正。通過生產測試驗證的振幅失配確保小于1%,而先進的傳感器設計也確保正交性。傳感器還可以忽略滯后現象,從而獲得高度可靠和準確的位置信息。 對于不要求高精度、低性能和成本敏感的應用,ADA4571無需線路終端失調校正即可使用。

              這種情況下,ADA4571確保角度誤差小于5°。這對于一些未校準的應用非常有用,因為主控制器知道軸的位置,從而優化啟動條件。 結論 磁性位置傳感器可以為工業和汽車BLDC電機控制系統設計人員提供小型、穩定和易于組裝的位置檢測解決方案。ADI公司的新型ADA4571提供高速、高精度、生產測試保證的全角度精度、集成診斷功能和低功耗工作模式,明顯優于前幾代磁性位置傳感器。

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