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霍尔传感器在BLDC电机上的应用解析

发布日期:2020-06-27 07:13

  在工业大多数的电能损耗来自大型电机和固定速度的驱动系统。因此,能效运动控制系统应适应未来实际负载需求应用。BLDC电机满足这一要求通过电子换向和调速控制。电机磁极绕组换向在最佳的转子位置的是非常重要的,用于减少电损耗当使用可变转速和负载的情况。本文讨论了不同的霍尔传感器布置和一体化技术发展趋势。

  转子位置反馈可靠性是很重要的,对于运动控制系统的性能。它允许定子绕组精确的换相,最大限度地减少电机电损耗。通常在120˚相移UVW信号用于激活BLDC电机驱动器的换向。不同的选项are available today to generate the UVW signals.可产生UVW信号。

  这可以使用霍尔传感器或开关,可以组装在绕组中或安装在一个小的PCB上面;计算软件基于反电动势数据从定子绕组;连接在电机轴上的光学或磁编码器;或先进的单片光学或磁编码器芯片集成motorhousing.电机外壳当中。

  另一种方法使用四个集成霍尔传感器并且信号调理生成正弦/余弦信号,其中在360˚

  现代混合信号集成的研究进展,让霍尔阵列加上所有的正弦/余弦信号调理和插值用于绝对位置,能够在一个编码器IC集成。代替the threediscrete Hall sensor/switches, a single三个分离的霍尔传感器/开关,一个单一的5x5mm封装可以组装在同一个PCB (see igure 1).PCB上(参图1)。

  该Z信号标志转子的零位置,允许从ABZ信号以简单的方法计算电机的绝对位置,control or motion control system.在电机控制和运动控制系统。

  从绝对位置也可以产生增量ABZ信号可用于监测快速位置变化,以非常低的延迟。图2显示了上/下AB信号编码,用于增量操作。当电机的方向反转AB信号改变其相移。该Z信号标志转子的零位置,允许从ABZ信号以简单的方法计算电机的绝对位置,control or motion controlsystem.在电机控制或运动控制系统。

  BLDC驱动单元用于块换向。它也可以通过电机控制器用来产生正弦波换向。一个集成的单芯片磁编码器通常有多输出选项,用于电机控制器或高级运动控制器。但进展远落后于当前的需求。

  单芯片编码器一体化的进展,使一个完整的“片上系统”具有多个输出选择用于BLDC电机。图3显示了BLDC电机反馈选项,以iC-MH8作为一个例子。在顶部的UVW其他信号的输出选项设置,例如绝对位置通过SSI / BiSS接口,

  也很重要的是要有设置和调理模拟信号的能力。这需要一个高质量编码器输出信号。选择BLDC电机换向磁极设置,可用于各种不同的电机设备类型。可调设置存储在编码器芯片的RAM并且能够编程到片内非易失性ROM中,上电后可读。

  磁性编码器芯片能够更好的用于非常苛刻,灰尘和严格的环境。然而光单片编码器芯片带换向输出通过光学系统集成同样变为可能。其性能更高一些,但对比表明,两种技术齐头并进。图4显示了两个单芯片光学编码器带增量和UVW输出。这里的分辨率定义是码盘确定的,并且使用三个光学传感器用于产生UVW。电机的极对数定义是码盘设计确定的。例如,四个光电二极管阵列可以提供高达20,000CPR用一个直径33.2mm的码盘。特殊的封装如optoQFN符合这个光学解决方案需要。

  现在的混合信号集成能力可以提供可靠、高度灵活单片编码器芯片,并且可配置磁编码器反馈选项具有12位分辨率。这与传统的霍尔传感器/开关系统相比较,具有高性能集成到电机壳体。在光学编码器带有集成的UVW输出选择,也是单芯片解决方案的发展趋势。这些趋势支持增强性能提高电机电子换向的能量效率,通过最好的电机反馈解决方案。

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