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想搞BLDC电机控制,就必须要懂的角度传感器

2018-12-18 16:15:15     来源:得捷电机DigiKey        

【大比特导读】在终端市场上,利用无刷直流电机(或简称为BLDC)技术取代交流电机或高效率的机械泵已经取得了重大进展。

在终端市场上,利用无刷直流电机(或简称为BLDC)技术取代交流电机或高效率的机械泵已经取得了重大进展。

相对于交流电机,使用BLDC的优点包括:更高的功效和热效率、体积较小、性能更可靠。此外,由于BLDC利用电子换向来代替传统的机械换向,使应用速度范围变得更容易控制扭矩和速度参数,也可以实现一些更复杂的控制如维持扭矩或速度极限。正是由于这些优点,BLDC正在进入越来越多的现有的和新兴的应用。

BLDC电机控制中的角度传感器

为了实现电机的精确控制和高效换向,高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。一般旋转器的系统设计虽然可达到较高的分辨率和精度,但仍然要考虑实体占用空间大及成本高的问题。无传感器方案可用于检测反电动势电流,还可以降低传感器重量和成本,但由于无法得到有效的位置数据来产生反电动势,电机启动性能可能存在问题。其他解决方案,例如利用三个霍尔效应传感器来检测电机磁铁的位置,通常用于成本敏感的应用中。在这种情况下,虽然实现了分辨率,但必须同时监视三组信号。在空间不足的情况下,传感器的安装也会成为技术上的挑战,这也是另一种潜在的问题。

另一种方案是使用基于异性磁阻 (Anisotropic Magneto-Resistive,或简称AMR)技术的角度传感器 (Angle Sensor)。 AMR技术是磁感应用的一种,可实现高角度精度,并且可将单个传感元件与电子电路集成在同一封装中。从而实现传感器系统的小型化,并且使得将传感器定位在电机组件内成为可能。

AMR 与光学传感技术的比较

与传统光学传感技术比较,AMR技术可提供较小巧的外观、低成本,并且更适合在恶劣环境下工作,例如肮脏及温度变化的工作环境中。表1列举了两者之间的比较,从中可以明显看出在无刷直流电机中使用AMR的优点。

表1,光电和AMR传感技术的比较

AMR传感器技术原理

基于AMR原理的传感器的材料电阻率取决于相对于电流方向的磁化方向。AMR传感器是在磁饱和状态下工作,因此外加的磁场的主导了电阻变化。当外磁场和电流方向平行时,电阻最大;而当施加的电场垂直于载流磁感应合金的平面时,电阻最小。图1显示了AMR传感器工作原理的简化图。

图1,AMR传感器的工作原理

图2,在360°机械旋转下的ADA4571误差(灰色)和输出波形(橙色/蓝色)

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