TI - 设计具有 AMR 角度传感器的位置感应系统

　

　跟着列国当局出台行动来推进缩小内燃机 (ICE) 汽车排放的温室气体，原始设置装备摆设制造商 (OEM) 纷纭将机器体系从新设想为电子操纵体系。高水平的体系连贯和智能手艺使主动驾驶汽车成为理想，是以市场对电子产物和软件算法的需要不息增进，以吻合包孕国际标准化构造 (ISO) 26262 在内的各项平安请求。

　　传感器，尤其是角度传感器，在需求餍足性能平安规范的体系中弗成或缺。它有助于监控和供应扭矩和角度信息，而这些信息是高效驱动或运转种种汽车体系所必须的。
　　设想 EPS 体系
　　电动助力转向体系 (EPS) 由转向柱、电子操纵转向机电以及电子感应与操纵机制构成。当驾驶员滚动方向盘时，由机电（一般为无刷直流机电）帮忙转向，这庖代了传统的机器和液压体系。
　　EPS 体系的好处包孕运转更快且更智能、缩小二氧化碳排放、进步燃油服从并加强用户体验。驾驶员在方向盘界面供应体系输出。传感器检测电机轴的地位和方向盘的扭转，并将数据发送到电子操纵单位 (ECU)。图 1 凸起表现了 EPS 体系的基础元素。

　　图 1：EPS 体系

　　设想 EPS 体系所需的组件包孕微控制器、传感器、电源、机电驱动器和晶体管。这些组件关于体系高效通讯和运转相当首要。如图 2 所示，控制器局域网是用于连贯车辆 ECU 的总线规范。

　　图 2：EPS 体系方框图
　　德州仪器 (TI) 的 TMAG6181-Q1 是各向同性磁阻 (AMR) 角度传感器。它拥有集成旌旗灯号调理放大器，可以或许供应与所施加立体磁场的偏向相干的差分正弦和余弦模仿输入。
　　TMAG6181-Q1 的耽误低于 2?s，角度偏差仅为 0.4 度，有助于大大进步体系功能和服从。传感器的集成匝数计数器能够跟踪机电在失常运转模式下最高 32,000 转/分 (rpm) 的转速和低功耗模式下最高 8,000 rpm 的转速。它还能支撑多种器件和体系级诊断性能，可检测、监控和呈报器件运转时期的毛病。比方，在就寝或毛病模式下，TMAG6181-Q1 AMR 传感器的输入将进入高阻抗状况。倡议应用下拉或上拉电阻，以确保微控制器可以或许检测毛病。
　　要处置 AMR 输入旌旗灯号并提取 EPS 机电或方向盘的角度地位，平日需求内部微控制器。TMAG6181-Q1 中的 AMR 角度传感器可用于单端或差分输入模式；后一种模式可排除体系中的共模滋扰。来自 AMR 传感器的差分输入正弦和余弦旌旗灯号与所施加磁场的角度成正比。AMR 传感器的输入电压与电源电压成比例，以确保内部 ADC 可以或许参考电源电压。

　　图 3 展示了一个典范使用图，此中差分输入旌旗灯号 SIN_P、SIN_N、COS_P 和 COS_N 连贯到内部微控制器中的四个单端模数转换器，而内部微控制器与 EPS 体系中的 ECU 通讯。

　　图 3：单端输入模式下的 TMAG6181-Q1
　　如果有的话，倡议应用差分 ADC，由于它可以或许进步可靠性。要取得高精度，负载电容器和电阻必需互相立室。TMAG6181-Q1 可直接在 AMR 输入引脚上驱动高达 10nF 的容性负载，并驱动拉电流和灌电流高达 1mA 的电阻负载。这可完成 EPS 体系的安稳靠得住运转。
　　为简化合规性，针对 TMAG6181-Q1 供应了 ISO 26262 体系设想文档，此中汽车平安完整性等级高达 B 级。
　　设想电动自行车和电动踏板车体系
　　电动自行车是包括五个关头组件的自行车：机电、电池、操纵装配、传感器和显示屏。机电是电动自行车弗成或缺的一部分，可用于在脚踏时期供应所需的额定电力。如图 4 中的方框图所示，若要高效可靠地扭转机电（可装置在前部、中心或后部），需求角度传感器。
　　电动踏板车是从燃气驱动转换为电动的踏板车。它的机电驱动体系设想与电动自行车异常类似，只不过它没有那末庞杂。电动踏板车设想只要在油门踩下时为机电供电即可，但电动自行车设想还必须监测骑手的脚踏能源，以确定向机电的供电量。分歧地域请求电动自行车和电动踏板车达到与汽车行业类似的平安程度。

　　图 4 重点先容了开辟电动自行车体系所需的组件。角度传感器可提供角度反馈，然后由微控制器计较角度反馈，从而无效可靠地扭转机电。AMR 传感器平日限制为 180 度，但 TMAG6181-Q1 在 X 和 Y 轴增加了两个自力的霍尔效应传感器输入，可将传感器的角度局限扩大到 360 度。

　　图 4：电动自行车方框图
　　结语
　　现今的汽车和电动自行车包括多个 ECU，用于驱动和操纵高等性能。设想 EPS 体系、电动自行车或电动踏板车需求 ECU 正确操纵，以完成高效靠得住的运转。TMAG6181-Q1 可完成更快、更正确的机电操纵，有助于进步体系功能。