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          今天给大家普及直流无刷电机是这样提高控制性能的

          更新时间:2019-04-08  点击次数:415次

          在许多终端市场和应用中,一个明显的趋势是用高效无刷DC电机(BLDC)取代交流电机或机械泵。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。尽管无传感器方案可用于检测反电动势电流,但电机的启动性能可能是个问题。 

          另一种方法是使用基于各向异性磁阻(AMR)技术的角度传感器,这种传感器既便宜又精确。在ARM传感器的帮助下,不仅可以实现高角度精度,而且可以将检测元件和电子电路集成在同一封装中。这使得能够获得非常小的传感器子系统,并将传感器定位在马达组件内。 

          ADI公司与磁阻技术的领导者sensetec gmbh合作,提供ADA4571,该器件将高精度AMR传感器和高性能仪表放大器集成在一个封装中。 

          ADA4571是一款理想的传感器,通过在40℃至+150℃的宽工作温度范围内的生产测试、内置诊断功能、大输出电平、电磁兼容保护和低失调失调失调,最大角度误差为0.5°。可实现速度超过25000转/分的高性能BLDC电机控制。

           自动抄表技术 

          基于AMR概念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。传感器通常沉积成薄膜透磁合金(磁性铁镍合金)。磁流变传感器工作在饱和状态,因此外部磁场在电阻变化中起决定性作用。当外部磁场平行于电流方向时,电阻最大,当施加的磁场垂直于载流透磁合金平面时,电阻最小。AMR传感器如何工作的简图如图1所示。


           图1。自动抄表工作原理

           当两个独立的惠斯通电桥配置彼此成45度布置时,可以实现角度传感器,并且其正弦和余弦输出取决于外部磁场的方向。这种配置可以提供绝对测量范围为180°的传感器。



           图2 .360°机械旋转的ADA4571误差(灰色)和输出波形(橙色/蓝色) 


          图2显示了在360°机械旋转下施加旋转磁场时,ADA4571的典型高输出电平和角度误差。经过微控制器中的偏移校正和反正切计算,典型误差小于0.1。 

          传感器安装 

          对于大多数BLDC控制系统,根据可用空间和电机轴安装的便利性,有许多配置和安装传感器的选项。图3显示了ADA4571的两个配置示例。


           图3 .BLDC系统和ADA4571 (a)轴端系统(B)轴侧系统

           典型的轴端配置包括安装在旋转轴上的直径磁化圆盘磁体,其安装在马达组件内部,如图3(a)所示。磁体可以提供穿过传感器平面的磁场。 

          在这种配置中,可以直接读取转子角度,而无需接触机械和电气部件。由于AMR技术不依赖磁场强度,它可以承受气隙变化。独立于磁场强度也可以增加机械公差并简化磁体材料的选择。 

          紧凑的轴端配置意味着传感器可以直接安装在印刷电路板上,靠近电子控制设备(微控制器、金属氧化物半导体场效应晶体管),从而将信号路由和与恶劣电机环境的距离降至最低。

           另一种可能的配置是图3(b)所示的轴向侧系统。轴侧配置可用于待测轴末端不能配备磁铁的应用中。在这种配置中,激励由磁极环提供,并且传感器和磁极环可以安装在轴上的任何位置。典型应用包括电动转向泵或BLDC电机,由于空间限制,其轴端无法使用。 

          因为ADA4571可以提供低延迟和精确的位置反馈信息,所以可以精确控制电机的每相电流,从而使电机能够平稳响应动态负载或在变化的条件下保持恒定速度。最终结果是更好的控制、最大扭矩、更高的启动/停止效率和更好的运行条件。 

          传感器设置和校准 

          为了达到更高的精度,可以在用户生产线的末端执行各种校准程序。可以执行一次性偏移校准来消除初始失调。


          图4 .单点和两点校正的典型角度误差与温度的关系 

          由于传感器的偏移漂移,角度精度可能随着温度的升高而降低,例如在150℃的单点校正的情况下,而两点温度校准可以提高性能。在这种情况下,可以内插片内温度传感器的偏移和信息,并且可以补偿随温度变化的偏移。 自由运行应用中的BLDC系统可以通过计算特定时间段内传感器输出的平均值来充分利用连续偏移校正技术。微控制器中的动态失调补偿可以在整个温度范围和工作寿命内实现非常高的精度。

           与其他传感器技术(霍尔/GMR/TMR)不同,ADA4571不需要执行额外的校准步骤,如幅度校正或正交校正。通过生产测试验证的振幅失配确保小于1%,而先进的传感器设计也确保正交性。传感器还可以忽略滞后现象,从而获得高度可靠和准确的位置信息。 对于不要求高精度、低性能和成本敏感的应用,ADA4571无需线路终端失调校正即可使用。

          这种情况下,ADA4571确保角度误差小于5°。这对于一些未校准的应用非常有用,因为主控制器知道轴的位置,从而优化启动条件。 结论 磁性位置传感器可以为工业和汽车BLDC电机控制系统设计人员提供小型、稳定和易于组装的位置检测全球网赌十大平台。ADI公司的新型ADA4571提供高速、高精度、生产测试保证的全角度精度、集成诊断功能和低功耗工作模式,明显优于前几代磁性位置传感器。

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