传感器

IPS2200可为工业电机提供对杂散磁场完全免疫、重量轻、成本低且薄型的设计

2020 年 6 月 24 日,瑞萨电子集团宣布推出无磁铁IPS2200电感式位置传感器。IPS2200具有高精度、高速度,并可完全免疫杂散磁场干扰,能够在超薄、轻巧的产品外形中实现与电机的高效集成,是广泛适用于各种工业、医疗和机器人应用中的绝对位置传感器。该传感器能够帮助客户经济高效地针对其应用定制传感器设计,并最大限度提升传感器精度。

瑞萨电子汽车传感器事业部副总裁Christian Wolf表示:“随着对高精度、高效率和低成本的要求不断增加,电感式位置传感正在改变工业电机换相领域的格局,特别是满足了多极对电机和离轴应用的要求。我们很高兴借助IPS2200为客户提供从概念到PCB布局的解决方案,使他们能够自主设计旋转变压器替代方案,并为工业、机器人、消费和医疗应用实现更轻便、性能更佳的电机。展望未来,瑞萨还将探索电感式传感器在汽车领域的应用。”

IPS2200围绕电机而设计,使客户将扇区的数量与电机极对数相匹配,从而最大程度提高精度,同时适应离轴(穿轴和侧轴)与轴端布置。与传统旋转变压器相比,无磁铁的IPS2200的厚度可薄至十分之一,重量可轻至百分之一,且电转速高达250 krpm。该传感器的轻薄外形和完全杂散磁场免疫使电机集成化更加容易,并为客户提供自主制造旋转变压器替代方案所需的标准材料,从而降低BOM成本。与旋转变压器或基于磁性的解决方案相比,IPS2200通过四线或六线连接,即可实现最高10倍的速度和极低的延迟。

IPS2200的关键特性包括:

  • 符合工业标准,可在恶劣环境和-40°C 至+125°C的环境温度下稳定运行
  • 接口:正/余弦单端或差分
  • 电源电压:3.3V±10%或5.0V±10%
  • 转速:最高250,000 rpm(电周期)
  • 传输延迟:可编程,<10µs
  • 正/余弦增益失调和偏移补偿
  • 过压、反极性与短路保护
  • 数字编程接口:I²C 或 SPI

此外,瑞萨还提供用于创建定制传感元件的现成工具,以及可在约30分钟内实现线圈优化设置的定制工具。

IPS2200是瑞萨电子面向工业市场的首款位置传感器,融入了公司用于工业电机换向的强大产品组合,包括微控制器、电源管理和传感器。

供货信息

IPS2200现已开始供货,1,000片批量时单价为4.22美元;IPS2200STKIT评估套件也已上市。(价格或供货信息若有变更,恕不另行通知)

了解IPS2200产品及相关技术文档和工具的更多信息,请访问www.idt.com/IPS2200

关于瑞萨电子集团

瑞萨电子集团 (TSE: 6723) ,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和SoC产品的领导者,瑞萨电子为汽车、工业、家居、基础设施及物联网等各种应用提供综合解决方案,期待与您携手共创无限未来。更多信息,敬请访问renesas.com。关注瑞萨电子微信公众号领英官方账号,发现更多精彩内容。

围观 6

微功率磁性节点可提供适用于汽车和工业应用的非接触式 3D 传感功能

2020 年 6 月 19 日,比利时泰森德洛- 微电子半导体解决方案全球供应商Melexis 宣布推出 MLX90395 Triaxis® 磁力计节点,这是一款汽车级 (AEC-Q100) 单片传感器 IC,可利用霍尔效应提供三维无接触式传感功能。MLX90395 双裸片版本可实现冗余,适用于要求苛刻的场景,例如汽车应用中的变速换档杆位置传感。

MLX90395 的功能通过系统处理器定义,而不是硬连线到器件本身。就位置传感的适用性而言,该产品几乎不受任何范围限制。

MLX90395 提供 I2C 和 SPI 两种接口,可轻松在汽车或工业控制环境中集成。中磁场 (50 mT) 和高磁场 (120 mT) 版本分别提供三种封装选项:SOIC-8、TSSOP-16(双裸片实现冗余)和 QFN-16(配有可沾锡侧翼镀层)。所有封装选项均通过 AEC-Q100 认证,适用温度范围广泛( -40°C 至 125°C),并且符合 RoHS 标准。

可选数字输出提供适用于 X、Y 和 Z 磁场测量的 16 位分辨率,使主机处理器、DSP、微控制器或数字信号控制器能够在磁体通过传感器 IC 时解码其绝对位置。

归功于 Melexis 的 Triaxis® 技术,相比其他霍尔效应传感器 IC,MLX90395 尺寸更小,更节能。这项创新型专有技术有助于实现业界领先的低功耗水平,其无功电流为 1.4 μA,待机电流为 2.4 μA,电源电流为 4 mA 或更低。

除了测量三个磁场(Bx、By、Bz)的磁场传感器,MLX90395 还集成了温度传感器和电源电压监视器。在功能上,该传感器 IC 具有三个状态机,并按以下三种模式之一运行:单次测量模式、突发模式和变化时唤醒模式。工程师可以选择要测量的磁场和测量频率,进一步微调传感器 IC 的能效以及滤波和采样时间,从而优化噪声与带宽。

“MLX90395 代表了一种适用于汽车和工业市场的全新位置传感方式,可以重新定义大量应用在 HMI、顶柱、中控面板和车体控制方面的设计方式。”Melexis 位置传感器 IC 全球营销经理 Nick Czarnecki 表示,“MLX90395 具有高灵敏度和多功能性的优势,且功耗低,尺寸小巧。现在,汽车制造商可以采用这款满足车规要求的 3D 磁性节点传感解决方案,获得绝佳优势。”

在运行期间,可通过 I2C 或 SPI 接口定义和选择操作模式,从而使多个传感器 IC 构成由单个微控制器控制的传感器 IC 集群。此外,总线协议(SPI 或 I2C)也可供选择,SPI 的运行频率高达 10 MHz,I2C 的运行频率高达 1 MHz。在制造过程中,每颗传感器 IC 均分配了一个唯一的 48 位 ID 号,还具有额外的可用空间,用于存储客户可追溯性信息。

关于迈来芯公司

结合对于技术的激情与真正的工程灵感,迈来芯公司设计、开发和提供创新的微电子解决方案,帮助设计人员将设想转化为用于最佳可想象未来的应用。迈来芯公司先进的混合信号半导体传感器和执行器能够解决把传感、驱动和通信集成到下一代产品和系统中时遇到的各种挑战,从而增大安全性、提高效率、支持可持续性并增强舒适性。

作为汽车半导体传感器的全球领导厂商,迈来芯已经利用在汽车电子芯片方面的核心经验来扩展在传感器、驱动器和无线器件方面的产品组合,并满足在智能家电、家庭自动化、工业和医疗应用等市场的广泛需求。迈来芯的传感解决方案包括磁传感器、MEMS传感器(压力,TPMS,红外线)、传感器接口IC、光电单点和线性阵列传感器以及飞行时间(ToF)传感器。迈来芯的驱动器IC产品系列包括有先进的直流和无刷直流电机控制器、LED驱动器和FET前置驱动器IC,同时迈来芯公司也具有专门的技术和技能,提供在元器件之间以有线(例如LIN,SENT)或无线(RKE,RFID)方式进行桥接的解决方案,使这些元器件能够以清晰快速的方式进行通信。

Melexis 总部位于比利时,在全球 20 个办事处拥有 1500 多名员工。公司已经在布鲁塞尔泛欧交易所 (代码:MELE) 上市。

如需了解更多信息,请访问:www.melexis.com

围观 2

(2020年4月,中国)为应对新冠肺炎疫情,全球对呼吸设备传感器的需求持续增长。作为知名的呼吸设备传感器制造商,盛思锐在该领域已取得突破性进展,日前面向市场推出新款流量传感器SFM3019。这款传感器经过优化设计,适用于大流量应用的呼吸设备。

盛思锐专业的研发团队在最近数周内一直在努力开发一款新的呼吸设备传感器,它既要易于集成到呼吸机中,又要具备出色的可扩展性。在众多团队成员的不懈努力下,SFM3019流量传感器现已成功面市,它将帮助呼吸机制造商实现新设备的生产,以满足市场的高需求。


盛思锐首席执行官Marc von Waldkirch表示:“盛思锐的基因融合了无处不在的创新和极佳的团队精神。特别在当下这样特殊的时期,我们可以切身感受到团队的凝聚力。在盛思锐,推动人类健康一直是我们的一大驱动力。这就是为什么我们不仅要在最高的安全和卫生措施监督下,保持现有的呼吸设备传感器的生产,同时还要实现创新,从而为拯救生命的呼吸机提供更多的传感技术。”

盛思锐流量传感器SFM3019推出数字和模拟两种版本。与其它所有应用于医疗技术的盛思锐传感器一样,SFM3019基于成熟的CMOSens®技术。此外,它是在经过多年试验和测试的现有组件的基础上开发的,保证了极高的可靠性和精确的测量度。数字版本可以测量氧气和空气,以及两者的混合物,并确保相当高的精确度。

如需了解更多盛思锐新款流量传感器SFM3019的信息,敬请浏览:www.sensirion.com/sfm3019

关于盛思锐——环境和流量传感器解决方案专家

盛思锐(Sensirion)是一家知名的数字微型传感器制造商,提供高品质测量温湿度、挥发性有机化合物(VOC)、二氧化碳(CO2)和颗粒物质(PM2.5)的环境传感器、气体和液体流量传感器以及差压传感器。公司成立于1998年,总部位于瑞士苏黎世附近的Stäfa,主要负责研发和生产。2008年,盛思锐正式进入中国,成立全资子公司——盛思锐贸易(深圳)有限公司,负责盛思锐在整个中国地区的产品销售和服务。盛思锐的销售网络遍及美国、欧洲、中国大陆、中国台湾、日本和韩国,为全球客户提供高质量和定制化的传感器系统解决方案,其传感器元件和解决方案在世界范围内得到了广泛的认可,应用行业包括医疗、工业和汽车、分析仪器、消费产品以及空调系统等。凭借其创新的CMOSens®专利技术及卓越的市场表现,盛思锐一跃成为微型传感器和传感器解决方案的首选供应商。

围观 8

Allegro MicroSystems宣布推出公司最先进的获ASIL B认证的变速箱速度传感器系列产品A19520、A19530和A19570,这些新磁传感器IC是Allegro近20年产业应用经验和技术进步的结晶,其中包括了先进的巨磁阻(GMR)和霍尔效应技术,使新产品成为满足当今变速箱应用苛刻要求的理想选择。

Allegro Microsystems速度传感器产品线高级总监Peter Wells解释道:“到目前为止,还没有经过ISO 26262设计流程认证的变速箱速度传感器。我们感到自豪的是,所有这三种速度传感器都能够提高变速箱系统的安全性,我们也非常高兴把这些新产品推向市场。”

A19520、A19530和A19570磁传感器IC可测量速度和方向信息,并集成有EMC保护电容。这些传感器还采用了Allegro的SolidSpeed数字架构(SolidSpeed Digital Architecture),这种突破性的混合信号架构可实现气隙的最宽动态范围、振动与旋转的区分、抑制杂散场的影响以及更高的自适应性能。

新发布的每一款新产品都具有非常独特的性能。其中A19520拥有业界领先的性能和可选输出协议,能够兼容现有的变速箱设计,它采用了霍尔效应技术和双线接口;A19530则具有先进的信号处理、开路/短路检测功能、以及可选的速度或速度/方向输出协议,它采用的是霍尔效应技术和三线接口;而A19570采用的是GMR和双线接口,具有与霍尔效应器件同样高的算法性能,但具有明显更大的气隙以及更加灵活的器件安装方向。

有关新产品的更多信息,请参考相应的数据表:

Allegro是磁传感器IC市场的领导厂商,每年出货近9亿颗磁传感器IC。 Allegro以其业界领先的质量、世界一流的应用支持以及在半导体设计和制造工艺等各个层面的专业知识而自豪。

欲了解A19520、A19530和A19570器件的价格和其他信息,请联系Allegro上海分公司或当地办事处。

围观 232

全球知名半导体制造商罗姆(ROHM)宣布,其气压传感器 BM1383A、地磁传感器 BM1422A 和环境光亮度传感器 BH1730FVC 等三款产品通过阿里 IoT(物联网)生态系统 AliOS IoT 验证。此举将有助于终端设备厂商更加快速、可靠地创建和连接物联网节点,缩短产品研发周期,在国内智能手机、智能手表、智能门锁、智能停车场等应用领域快速研发物联网系统。

AliOS Things 是阿里集团推出的面向 IoT 领域的轻量级物联网嵌入式操作系统,致力于搭建云端一体化 IoT 基础设备。具备极致性能、极简开发、云端一体、丰富组件、安全防护等关键能力,并支持终端设备连接到阿里云 Link,可广泛应用在智能家居、智慧城市、新出行等领域。AliOS Things 已经发布了 v2.0 版,新增一个称为 uData 的基于传感器的组件,以上已取得 AliOS 认证的罗姆传感器已被集成到 uData。

BH1730FVC 是一款成熟的环境光亮度传感器 IC。数字直接输出亮度值,支持 I2C 总线接口,支持宽范围的亮度检测,测量精度更高,广泛用于手机、电脑、电视等需要自动调节屏幕亮度的设备上。

 BH1730FVC
BH1730FVC

BM1383AGLV 是一款压电电阻式气压传感器,用于检测高度和高低差。通过搭载高精度的检测用 MEMS 和低功耗、低噪音的集成电路,实现了相对高度精度+/-20cm。另外,利用罗姆独创的覆盖高低温的校正算法,在 IC 内部进行温度校正,从而实现不必考虑温度影响的高精度气压信息检测。不仅如此,作为气压传感器实现了业界最小级别的尺寸(2.5mm×2.5mm×0.95mm),有助于减少安装面积。

BM1383AGLV
BM1383AGLV

BM1422AGMV 是一款检测地磁的 MI 传感器,它融合了合作伙伴爱知制钢株式会社的 MI 元件开发技术和罗姆所擅长的半导体生产技术、传感器控制技术的优势开发而成,其影响检测精度的噪声特性、温度特性、磁滞特性和耗电量等方面与一般产品相比均具有极高的性能优势(噪声影响仅1/3、温度影响仅1/6、磁滞特性几乎为0、耗电量仅1/8),而且采用仅2*2mm的小型封装,由此实现了业界最高[1]精度和超低功耗,作为地磁传感器有助于停车场车辆管理系统的发展与普及。([1]截至2017年9月5日罗姆调查数据)

 BM1422AGMV
BM1422AGMV

罗姆半导体(上海)有限公司设计中心副所长 Daniel Jin 表示:“罗姆多年来一直向智能手机、智能家电领域提供高性能的气压传感器、地磁传感器、环境光传感器等产品。今后我们希望通过接入阿里云等优秀的物联网平台,进一步拓宽传感器产品的应用领域。此次,罗姆的三款传感器产品获得阿里云 IoT 认证,也是我们传感器产品战略的重要一环。

围观 177

可穿戴健康传感器平台 2.0版可节省长达6个月的设计时间

Maxim Integrated Products, Inc (NASDAQ: MXIM)宣布推出2.0版健康传感器平台 (HSP 2.0),帮助正在寻求持续监测多种健康参数的设计者快速创建独特、高精度的可穿戴方案。新一代快速原型创建、评估和开发平台 (即MAXREFDES101#),帮助腕戴式可穿戴设备实现监测心电图(ECG)、心率和体温,可节省长达6个月的开发时间。

  •  有关HSP 2.0的技术细节,包括视频及系统框图,请访问:https://www.maximintegrated.com/cn/design/reference-design-center/system...
  •  高清图片:https://www.maximintegrated.com/content/dam/images/newsroom/2018/HSP-2-P...

对于可穿戴产品来说,腕戴式设备非常便于用户日常穿戴。但是,从手腕上精确监测ECG一直是一项挑战 (大多数替代方案要求使用可穿戴胸带)。此外,获得高精度体温通常要求在其他位置使用体温计。凭借独有的传感器和健康监测技术,Maxim的HSP 2.0已成功克服这些挑战。

HSP 2.0采用腕戴式外形尺寸,密封于手表外壳之中,提供开箱即用的基本功能,并能够立即开始身体监测测量。数据可储存在平台中供病人评估,或者导入到PC中作后续分析。与其他可穿戴设备不同的是,HSP 2.0收集的测量数据可由佩戴者掌握,从而减少用户对数据隐私的担忧,并允许用户自己进行数据分析。此外,由于HSP 2.0是开放式平台,设计者可在电路板上评估自己的算法。同时,随着时间的推移,模块化设计能够保证持续的竞争力,快速适应新型传感器。

HSP 2.0包括下列产品:

  • MAX32630DARWIN低功耗微控制器,适用于可穿戴和物联网(IoT) 应用
  • MAX32664超低功耗生物识别传感器集中器,集成心率算法
  • MAX20303高度集成和可编程电源管理方案,适用于超低功耗可穿戴应用
  • MAX30205温传感器,精度为±0.1°C
  • MAX30001超低功耗、单通道集成生物电势和生物电阻抗模拟前端(AFE)方案,适用于可穿戴应用
  • MAX86141超低功耗光学脉搏血氧仪和心率传感器,适用于可穿戴设备

主要优势

  • 快速上市时间:全功能硬件和固件,采用配套手表外壳,可节省长达6个月的设计及验证时间
  • 高精度:目前唯一一款集成临床级ECG、心率及体温测量的腕戴式方案
  • Arm® Mbed™支持:为高效评估和快速开发应用原型,Mbed环境提供高度抽象提取,无需对软件工具进行维护,并提供开源软件扩展库。

评价

  • “今天的可穿戴产品拥有丰富的形态,而不仅仅是娱乐化的健康及健身设备。新功能使医疗专业人员能够将其作为虚拟护理监测设备,用于评估慢性疾病以及整体健康状况。诸如Maxim健康传感器平台2.0的创新设计,将助力我们向主动式医疗健康的方向进化发展。”IHS Markit资深医疗健康技术分析师Roeen Roashan表示。
  • “对较长时间内收集的高精度健康数据进行更多的实时交流,以及随时随地获取该数据,是患者和医疗专业人员越来越迫切的希望。”Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理Andrew Baker表示:“可穿戴和医疗设备制造商可通过采用Maxim的HSP 2.0创建高精度、腕戴式的健康监测方案,节省长达6个月的开发时间。”

供货及价格

提供健康传感器平台2.0 (MAXREFDES101#), 包含硬件及固件。价格为399美元,可通过Maxim官网及特许经销商购买。Arm Mbed 同时提供硬件、固件及微型开发板。

围观 334

毫米波 (mmWave) 是一类使用短波长电磁波的特殊雷达技术。雷达系统发射的电磁波信号被其发射路径上的物体阻挡继而会发生反射。通过捕捉反射的信号,雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。

毫米波雷达可发射波长为毫米量级的信号。在电磁频谱中,这种波长被视为短波长,也是该技术的优势之一。诚然,处理毫米波信号所需的系统组件(如天线)的尺寸确实很小。短波长的另一项优势是高准确度。工作频率为 76–81GHz(对应波长约为 4mm)的毫米波系统将能够检测小至零点几毫米的移动。

完整的毫米波雷达系统包括发送 (TX) 和接收 (RX) 射频 (RF) 组件,以及时钟等模拟组件,还有模数转换器 (ADC)、微控制器 (MCU) 和数字信号处理器 (DSP) 等数字组件。过去,这些系统都是通过分立式组件实现的,这增加了功耗和总体系统成本。

其复杂性和高频率要求使得系统设计颇具挑战性。

德州仪器 (TI) 已经克服了这些挑战,并且设计出了基于互补金属氧化物半导体 (CMOS)的毫米波雷达器件,该器件集成了时钟等 TX-RF 和 RX-RF 组件,以及 ADC、MCU 和硬件加速器等数字组件。TI 的毫米波传感器产品组合中的某些系列集成了 DSP,用于提供额外的信号处理功能。

TI 器件可实现一种称为调频连续波 (FMCW) 的特殊毫米波技术。顾名思义,FMCW 雷达连续发射调频信号,以测量距离以及角度和速度。这与周期性发射短脉冲的传统脉冲雷达系统不同。

详阅请点击下载《毫米波传感器基础知识》

围观 341

随着物联网(IOT)、云计算等新一代信息技术广泛应用,及智慧城市节能与环境永续趋势带动,城市路灯开始加入传感器,具备连网、收集、分析周围环境、交通信息,转变成智能路灯。根据调研机构Northeast Group资料,2016年全球路灯市场规模约3.15亿盏,至2026年将成长达3.59亿盏路灯,而LED路灯与智能路灯市场规模将会高达695亿美元。另根据Philip市场调查,目前全球路灯安装系统只有1%具备联网功能,但平均每年复合成长率则达16%。

解决物联网布点及供电问题

智慧城市充分运用感测、移动网络与云计算等技术,整合城市关键信息并进行分析,以解决交通环境、公共安全、工商业服务等需求,因此需要一个信息收集、处理的物联网终端设备,而路灯具有位置优势及供电系统两大优势,可解决物联网设备的两个最大问题:布点及供电。

然而,智能路灯应用于户外照明,范围广、数量多,若采用ZigBee等短距离传输,受限覆盖范围小、需布署大量网关及设备维护成本,而以传统2G/3G/4G网络来做物联网M2M传输虽覆盖距离广,但也不满足IOT设备低功耗、低成本的要求。因此低功耗广域网(LPWA)技术应运而生,LPWA有远距离通信、低速率数据传输和低功耗3大特点,适合远距离传输、通信数据量很少、需电池供电的物联网应用。

目前已有LPWA应用于智能路灯案例,Telensa在英国埃塞克斯郡建立涵盖13万盏智能路灯、使用户外无线单灯控制系统的网络(PLANet),由于PLANet以LPWA传输数据,并根据多种因素灵活调节光照,达到节能省电,此外Telensa在路灯上也布有传感器可知车辆出入状况,驾驶人能利用此服务得知附近是否还有停车位,让路灯达到便利交通、节省能源,甚至协助警方办案,预估LPWA将逐渐应用于智能路灯。
 
另一个例子是思科在2014年与美国密苏里州堪萨斯市讨论规划10年、共1,500万美元的智慧城市基础建设计划,并于2016年正式启动第一阶段。思科于市中心安装125座智能路灯,可较传统路灯节能达8成,未来堪萨斯市可利用智能路灯等智慧城市基础建设增加营收,例如:在停车位地面安装智慧传感器,让智能路灯引导驾驶到空位,传感器会自动计时计费,驾驶亦可透过app在线付费。

对城市而言,建设智能路灯具有明显优点,包括覆盖广、节能省电、远程监控路况、侦测城市环境以及运用于交通、安全等应用,但许多城市将信息储存于云端,网络安全成为须考虑的问题,另外,越来越多传感器安装于智能路灯之上,如录像监控、声音传感器等,可能使民众隐私疑虑成为另外一个问题,因此厂商在设计时间就必须注意可能涉及的隐私议题。

此外,智能路灯的建置还需考虑经费来源和拥有权的结构、基础设施是否委外管理等因素,而不能一昧将各种传感器或额外功能加装于路灯之上,如让路灯身兼电动车充电站、免费无线上网热点、录像监控等。智慧城市在不同国家、不同应用场景的需求不一样,面临的问题也不一样,在建设智能路灯时,每座城市都必须个案评估,才能解决城市中的实际问题,也才能让智能路灯的效益发挥最大功效。

软硬整合发展产品转向服务

物联网装置生命周期往往很长,一旦购买安装之后,将长时间使用、不易汰旧换新,透过提供订制化和创新的服务发挥物联网价值,才能发挥更多的加值功能和应用,对于智能路灯业者而言,如何在保证分享到硬件销售收益外,也能在软件及服务方面有所收益,是必须思考的课题之一。

例如美商通用由硬件产品销售转向服务导向的商业模式发展,智能路灯不只是赚取设备费用,而是掌握透过路灯所收集的各种数据,而地方政府欲使用数据发展城市解决方案,还是要支付通用数据处理服务费用。此外,通用提供新创业者免费使用路灯相关数据60天,让他们研发智慧城市应用,如后续欲持续使用数据再进行收费,借此吸引各方参与、快速扩大用户基础与发展城市应用。

因此,智能路灯产业应思考借助软硬整合发展产品转向服务的商业模式,可与政府、学研与新创公司组成生态体系,利用路灯收集、分析数据与信息回馈,创造各种智慧服务达到多赢局面。

来源: NXP社区

围观 483

本文介绍了车用无传感器BLDC堵转检测的重要性以及实现的方法,分别讲述了六步方波堵转检测以及FOC正弦波堵转检测的方法。重点介绍了基于S12ZVM的FOC正弦波堵转检测的原理、代码实现和测试。最后总结了S12ZVM在车用BLDC电机控制中的优势,特别是对于FOC正弦波控制而言。有了恩智浦强大的汽车电机Enablement,AMMCLIB,FreeMASTER、MCAT、ToolBox等等,很多复杂的功能和算法实现起来都容易了很多。本文希望对于使用S12ZVM来开发BLDC项目的工程师,能起到一定的帮助作用。

随着汽车自动化程度不断提高,电机在汽车上的应用也越来越广泛。无论是传统燃油汽车还是新能源汽车,电机作为执行器,扮演着越来越重要的角色。汽车电机大家族里面有一类电机叫流体控制类电机,包括各类风扇、鼓风机、水泵、油泵以及压缩机等。这些电机目前很多都已经使用无刷直流电机(BLDC),或者在往无刷直流电机切换的过程中。无刷直流电机有着高效、高可靠性的特点,再加上流体类电机几乎不工作在低速区,因此无传感器的无刷直流电机控制就特别适合汽车的这些应用。

无刷直流电机的无传感器控制一般包含方波控制和正弦波控制。无论是哪一种控制方式,由于没有传感器信号的接入,一旦遇到外界阻力或者巨大的负载突变,都可能会使得系统进入到堵转状态。在这种堵转状态下,电机只是原地抖动并消耗电流,而系统会处于异常状态。长时间保持这样的状态,无疑是有害的。

众所周知,对于有传感器的无刷直流电机系统,堵转检测就变得很简单了。只需要检测传感器信号是否在正常刷新就可以了,而对于无传感器系统,可靠的堵转检测就变得没那么容易了。本文会就这个议题进行详尽的解析,希望可以起到抛砖引玉的作用,对大家无传感器的无刷直流电机控制项目起到实际的帮助作用。

一. 六步方波无传感器BLDC堵转检测

对于直流无刷电机的无传感器六步方波,转子位置信息的获取是通过对三相反电动势信号进行采集、比较和计算得到的;其转速也是通过根据过零点的时间差计算得来的。其系统框图如图1所示。但如何来实现其堵转检测功能呢?NXP的无传感器BLDC方波控制方案给出了答案,总体思路就是对反电动势过零的周期进行判断。如果反电动过零周期异常并持续一段时间,就触发堵转检测。在AN4704的参考程序中,StallCheck函数就是实现堵转检测的。可以看到首先该函数对6个过零点周期进行判断,找出最大值和最小值;然后再计算6个过零点周期的平均值;接着对过零点周期平均值和最大值的一半以及过零点周期平均值和最小值的2倍进行比较,如果过零点周期平均值小于最大值的一半或者大于最小值的2倍,那么就属于异常状态,堵转检测故障因子就增加。另外一点就是还要考察如果过零点周期的最小值,看其是否小于设定的堵转检测换相周期最小值,如果是的话,堵转故障因子也增加。如果以上的条件都不满足的话,堵转因子就减小。最后判断堵转因子的值如果超过设定值,就产生堵转事件停机。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图1 无传感器BLDC方波控制系统框图

经过实践的证明,无论是启动阶段还是正常运行阶段,该堵转检测方法都可以可靠且有效的检测出堵转事件。其后面的物理含义也是比较好理解的,我们都知道电机正常运行时,一个电周期中有6次换向,对于大部分流体类应用,连续的6个换向周期内不会存在很大的突变,因此其平均值和最大值及最小值的差距不会特别大,且最小值也不会特别小,因此这两个判据是可以可靠的把堵转事件给检测出来的。

相应的代码请参考AN4704的软件包里的StallCheck函数。当然,可以根据电机参数及实际应用,修改STALLCHECK_MIN_CMT_PERIOD和STALLCHECK_MAX_ERRORS的值。对于STALLCHECK_MIN_CMT_PERIOD参数,主要是考虑到电机的最高转速下对应的值,其越小,电机的转速越高,堵转事件发生的条件就越苛刻;对于STALLCHECK_MAX_ERRORS参数,实际上就是容错处理,其值越大,也是越不容易发生堵转事件。

StallCheck的流程图如图2所示。对于方波控制来讲,堵转检测确实不算复杂,那对于磁场定向控制的无传感器方案呢,堵转检测功能该怎么做呢?

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图2 无传感器BLDC方波控制堵转检测流程图

二. 正弦波FOC无传感器堵转检测

目前对于无刷直流电机的无传感器FOC控制来讲,其堵转检测一般有两种方法,速度波动检测法和反电动势校验法。

2.1 速度波动检测法

速度波动检测法的基本思路就是在快速环路(电流环)内记录观测器输出的速度值,然后在慢速环路(速度环)内计算速度的平均值以及速度的波动。如果速度的波动超过设定的阈值就可以判断为发生了堵转事件。是不是感觉这种方法似曾相识呢。速度波动法和前面介绍的无传感器BLDC的方波控制堵转检测实质上是一个思路,那就是判断速度反馈是否合理。由于速度波动检测法本身比较简单,另外对于一些反电动势观测器来讲,在某些特定场景下,这种方法可能失效,特别是负载突变的时候,反电动观测器还会继续工作,电机相电流波形也很好,速度输出也会很稳定,但实际上电机并没有运行而是在原地抖动。基于这个原因,本文并不推荐速度波动检测法来检测堵转事件,也就不再花篇幅来深入下去了。另一方面,反电动势校验法则可靠很多,会是本文的重点。

2.2 反电动势校验法

目前反电动势校验法是检测无传感器FOC方案的主流方案。接下来会重点介绍该方法的原理、代码实现及测试等。

2.2.1原理

对于无传感器的FOC控制,恩智浦方案中最常用的是反电动势观测器,其框图如图3所示。该观测器将αβ坐标系的电压和电流通过Park变换到垂直的γδ坐标系。而γδ坐标系和同步坐标系dq之间的角度差是θerr。后面的Position Tracking Controller实际上就是个PLL,目标是锁定θerr=0;从而确保输出的θestim和转子真实的位置重合。图4为γδ坐标示意图。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图3 反电动势观测器和PLL框图

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图4 γδ坐标系示意图

由图3可以看到back-EMF State Filter的输出是γδ坐标系的反电动势。当γδ坐标系与dq坐标系重合的时候,Eδ实际上就是Eq。如果观测器正常工作,Eδ的输出是和转速成正比例的,转速稳定的情况下,Eδ也是平稳的。从另一个角度来看,对于q轴反电动势,如果知道反电动势系数和转速,也是可以根据公式来计算得到的。这样就会有两种途径来获得q轴的反电动势,一个是从观测器输出得到,另一个是从转速和反电动势系数得到。如果两个途径得到的反电动Eq相差比较大,超出了阈值,就可以判定为堵转事件。原理图框图如图5所示。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图5 反电动势校验法原理框图

2.2.2 代码实现

由于恩智浦在汽车电机控制上的积累,使得AMMCLIB(Automotive Math and Motor Control Library)非常适合于汽车电机的应用。无论是数学运算还是各种滤波器,目前AMMCLIB都能很好的支持,同时AMMCLIB还集成了包括扩展的反电动势观测器在内的诸多高级电机控制算法。AMMCLIB可以说是为汽车行业量身定做的,其满足SPICE LEVEL 3标准。因此本文的代码也是基于AMMCLIB来写的。

上面的原理框图中,ε为允许偏差范围百分比;如果允许20%偏差,那么ε=0.2;Ke与Ke_offset可以通过实验的方法得到。举例说明如下,比如恩智浦的演示电机,可以分别让其跑在1000RPM、2000RPM、3000RPM以及4000RPM稳定转速下,分别得到其Eq值和转速值。然后做一个线性方程就可以解出Ke和Ke_offset,理论上两个点就可以了。然后设置一个合理的ε值,比如20%。这样就可以算出来Eq的变化范围,然后去比较Eδ和Eq的范围边界,如果出界,ErrorCounter加1。如果在一定的Counter范围内,ErrorCounter超出设置阈值,则判断为堵转事件发生。图6对Eδ的允许范围做了很清晰的描述,如果Eδ不在蓝色的范围带内,就说明观测器输出是异常的,积累一定次数后就可以判定堵转事件。然后就可以进入到堵转故障处理程序了,通常是停机,然后尝试重新启动。这部分代码实现不算复杂,目前实现该功能的基本代码已经写好了,限于篇幅的原因,就不直接放出来了。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图6 反电动势Eδ允许的范围示意图

2.2.3 测试

堵转检测的测试主要考察两个方面,一个是启动阶段,一个是正常运行阶段。测试平台采用恩智浦的S12ZVMx12EVB开发套件,搭配12V电源和示波器。如图7所示。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图7 无刷直流电机堵转检测平台

测试1:启动阶段用手堵住电机的圆盘,然后启动电机运行,目标转速1000RPM。因为电机被堵转,没法转动,此时电机出现抖动,电流保持正弦。此时堵转检测功能没有使能,电流激励一直维持。

测试2:其他条件和测试1一致,使能堵转检测功能。电机在抖动几秒后触发了堵转故障,成功了检测出了堵转故障。重复10次每次都可以成功。

测试3:其他条件和测试2一致,但没有在启动前就堵转电机,而是等待进入速度闭环,也就是稳定跑到1000RPM时,突然施加外力到圆盘上,电机在励磁几秒后触发了堵转故障,成功的检测出堵转事件。整个测试故障可以在FreeMaster上进行查看,一个触发成功的图片如图7所示。

基于S12ZVM的车用无传感器BLDC堵转检测方法探讨
图8 FreeMASTER上堵转故障被触发

测试结论:该堵转检测方法经过测试验证是有效的。

三. 总结

本文所用的测试平台就是恩智浦的S12ZVM系列,属于MagniV家族重要成员。S12ZVM内部集成了电源(LDO)、功率器件的PreDriver(GDU)、通信接口(LIN、PWM或者CAN)以及S12Z内核的高速高效率单片机。总之,S12ZVM是一个高度集成的智慧型产品,非常适合一体化BLDC的驱动。

以下罗列S12ZVM对于FOC控制的诸多优点,还有很多优点都没法一一罗列,用过的都知道。

1. 内核以及PWM时钟最高100MHz,总线速度可达50MHz;

2. 双路12位ADC,可同时支持两相电流采样,确保电流精度;

3. 内置双运放,运放输出直连比较器,确保硬件保护的可靠;

4. PTU、ADC以及PWM协同工作实现DMA搬运数据,可以在PWM的任意位置触发ADC,且非常适合需要动态更改和多次触发的场景;

5. 恩智浦的FreeMASTER搭配MCAT,FOC控制so easy;

正因为恩智浦强大的芯片和Enablement的支持,BLDC的控制就变得简单了很多,而且在这个平台上开发其他功能也简单了。本文就是基于恩智浦的Enablement开发了无传感器BLDC的堵转检测功能,从BLDC方波到FOC正弦波,都给出了解决方案。

转自: 周立功单片机

围观 1012

机器中使用的电机大小不一,有的比手指还小,有的比卡车还大。 无论是在仪表上定位指示器,还是驱动机车,对于需要能够相当快地切换高电压和电流的控制电路来说,这些电感负载会对其造成严重破坏。

检测电机状态时同样如此。 例如,由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲,串联式电流传感器会承受巨大的尖峰和浪涌。 此外,这些电机感应数据必须实时可靠,才能实现更精确的应用,如医用输液泵和给药系统。

本文将介绍一些可用于将电机(及重电感负载)与驱动器和感应电路隔离的技术。

时间间隙

最简单的隔离技术实际上是半隔离解决方案。 它基于这样一个事实:当继电器或接触器处于打开位置时,会形成一个与电流回路串联的气隙,具有接近无穷大的电阻。 这是一种很好的隔离形式。

但是,当继电器或接触器切换到“接通”位置时,将不会发生电流隔离。 如果控制板与驱动电源一样参考相同的接地,那么任何噪声影响也会参考相同的接地。 这不仅使接地浪涌干扰控制电路,还会抵消在传感器级使用的任何共模噪声滤波技术效果。

传感解决方案可以使用滤波、衰减、增益和箝位技术来保持非电隔离,但仍受到保护。 例如,由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲,串联式电流传感器可承受巨大的尖峰和浪涌。

在双向感应中,隔离是必须的。 这意味着,电机、传感器和驱动器全部能够以相互参考的方式有效浮动。 实际上,系统将在某一点(如地面)使用并参考一个主要接地。 但是,为了进行实际分析,它们均被隔离。

隔离选项

有几种很好的技术和方法可帮助我们保护驱动器和感应电路。 在设计阶段使用的一种简单方法就是,确保您的设计中存在滞后(图 1)。 该时间窗可防止在使用绝对阈值时发生状态振荡。

图 1:在电机控制回路设计中采用滞后是一种简单而有效的方法,可帮助消除在达到感应阈值时产生的某些打开和关闭震颤。

一种经验证有效的常见技术是光伏隔离,也称为光电隔离。 集成的单芯片器件提供了良好的性能水平,可进行级联以使用低电平逻辑信号来控制非常高的功率水平。

此外,各种有用的输出级(包括数字输出、开集、达林顿复合晶体管、开漏、栅极驱动器以及双向可控硅和 SCR)都集成到了这些隔离器件中。

与变阻器、浪涌抑制器和瞬态抑制器结合使用时,光电隔离是一种很好的技术,使各零件保持高达 50,000 V 的隔离,例如 TT Electronics OPI150使用轴管结构来处理非常高的电压水平(图 2)。 请注意,在某种情况下,电压会变得足够高并在单片器件上的引脚间产生电弧,特别是在具有细间距的小型封装中。

图 2:为了保持 50,000 V 的隔离,这些光电耦合隔离器需要大约 3 英寸的间隔。 单片式表面贴装封装将在非常高的电压水平进行电弧放电。

另外,单个封装中采用多个隔离器成为单独控制三相电机的有效解决方案。 请注意,所有 LED 驱动器应与隔离式电源轨位于同一侧。 例如,不要使用四通道器件中的三个驱动器来驱动三相电机的线圈,且不要使用第四个驱动器作为转速计接回控制器。 请对转速计使用单独的光电隔离器。

固态继电器也利用光电隔离,并将各种出色特性(如 AC 输出)与过零和电阻控制的版本相集成。

此外,20 mA 至 160 A 的电流范围可直接由逻辑驱动。 例如,Crydom HDC200D160 固态继电接触器。 适合 4 至 32 V 输入,采用 SPST 配置,高达 160 A 的输出电流水平可使用内部 2.5 KV 光电隔离器在“开”、“关”或基于 PWM 的配置中进行切换。 请注意,在全电流条件下即使导通电阻低至 4 mΩ,此零件也需要耗散 100 瓦。

深入了解

光伏隔离除了用于隔离驱动和控制之外,还可用于隔离监控电机速度、加速度、电流、相位角等数据并将之传回的传感器系统。 此时会变得有点困难,因为还会传递模拟信号,而不仅仅是数字开/关控制。

一种可有效使用的技术是压频转换。 一经标准化和线性化,传感器的值便会馈送到压控振荡器,从而促使光电隔离器回到控制器板。 控制器通过累加门控计数来恢复该值。

类似地,也可以使用脉冲宽度调制,而脉冲宽度对应于标准化范围内的值。 PWM 的优势是每个样本都可以表示一个读数。 采用 VCO 方法,门控累加器的响应时间会变得更慢,但却具有使脉冲噪声平均化的优势,因为一个损坏的读数将仅存在一两个错误。

线性光电隔离器不像数字光电隔离器那样常见,但它们确实存在。 例如,Vishay IL300-F-X007 线性光电隔离器。 此零件使用两个检波二极管,一个位于输出级,另一个可在驱动级的反馈环路中使用。 这允许使用运算放大器以线性方式偏置光电隔离器的发射器部分(图 3)。 随着输入信号的增加,保持隔离时的输出电流也会不断增加。

图 3:使用两个紧密配合的由同一光电发射器照亮的光电检测器时,一个可用于线性驱动器反馈回路, 另一个可在保持电气隔离的同时报告相同状态。

证据表明,增强型势垒也是为传感器系统提供高电压隔离的理想选择。Texas Instruments 的 AMC1305x 高精度、增强型隔离式三角积分调制器是集成式传感器系统的良好典范,其设计可提供相当高分辨率模拟电平的单片式隔离(图 4)。 它使用电容式双隔离势垒将输入级与输出级分离,并达到 7,000 V 峰值和 10000 V 的浪涌额定电压,符合多种 VDE、UL 和 CSA 标准。

图 4:在此单芯片隔离式传感器接口和驱动器中使用了一种电容式双势垒隔离技术。 数字滤波器可以 78000 样本/秒的速率提取 16 位分辨率,同时受到高达 7,000 V 的隔离保护。请注意,浮动式电源使感应部分具有浮动负载。

通过在电机相传导路径中使用分流电阻器,它可以获取馈送给三角积分调制器的低电平信号。 该调制器的输出将被馈送回控制微处理器,该处理器可使用数字滤波算法以 78000 样本/秒的速率提取 16 位分辨率。

总结

电机的使用数量是如此众多,每一个设计都有自己的故事,但共同的需求是保护微控制器和传感器接口远离电机负载和状况快速变化的危险。 正如本文所述,有多种优秀的隔离技术可帮助您解决所面临的问题。

文章来源:物联网在线

围观 342
订阅 RSS - 传感器