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应用注释

使用MagAlpha™设备感知无刷直流转子位置

介绍

无刷直流(BLDC)或电子换向(EC)电机需要反馈到控制电子设备，以显示转子的位置或角度。传统上，这是使用三个霍尔传感器来感知安装在转子上的磁铁的磁场。这种类型的反馈提供了足够的信息来交换电机，但它只提供了60°的分辨率。这对于测量旋转位置或准确测量电机转速是不够的，特别是在低速时。为了克服这些缺点，通常除了霍尔传感器外，还采用光学旋转编码器。这提供了良好的速度和定位精度，但它需要一个额外的机电部件，这是相当昂贵的，有点不可靠。更好的解决方案是直接感知转子位置，使用安装在转子磁铁附近的Sensima MagAlpha™磁角传感器。

的MagAlpha™设备

Sensima MagAlpha™设备是一种集成电路，可以直接感知外部磁场的角度。这些设备使用专有技术，以极高的速度测量高达11位精度的文件的角度。角度信息可以以多种方式显示，包括通过串行(SPI)端口直接读取。此外，该器件还提供了模拟光编码器正交输出的输出，以及由无刷直流电机中使用的三个霍尔传感器通常产生的“UVW”信号。通常，磁角传感器与一个位于IC表面上方的2极磁铁一起使用(如图左图所示)。此外，MagAlpha™设备包括侧轴补偿，这允许他们精确测量放置在设备一侧的磁铁的角度(如下图右侧所示)。

感应转子磁体

如果Magalpha™设备安装在转子侧面附近，则可以测量转子磁场的角度，从而测量转子的机械角度。下图显示了4极转子周围的磁场，其中Magalpha™设备靠近安装。您可以看到随着转子转动，磁场通过Magalpha™设备的角度旋转。

就像使用三个霍尔传感器的情况一样，传感器为每对极点测量一个完整的旋转。换句话说，轴的每一次机械转数导致设备报告每极对一次电气转数;这正是交换所需要的。与许多竞争设备不同，MagAlpha™传感器的速度非常快——位置每2µS计算一次，潜伏期为3µS。这允许在非常高的转子转速下精确的换向- 3µS延迟导致在3kHz电频率(或约100,000 RPM的4极电机)的换向误差~1%。这实际上比许多简单的霍尔传感器快!

MagAlpha™设备的“零”角度位置是可编程的。在制造过程中，一个简单的步骤，在校准将转子在一个已知的位置，并设置零位的设备。这被存储在设备内部的非易失性存储器中，取代了光学编码器所需的劳动密集型手动定位。此外，它允许电气调整换向提前。

越来越多的

通常，无刷直流电机包括一个PCB安装在电机内部，以支持霍尔传感器(通常是电机控制器/驱动器)。如果转子磁铁结构足够接近PCB，则MagAlpha™设备可以直接安装在PCB上，其位置类似于用于三个离散霍尔传感器的位置。由于MagAlpha™设备非常小(3mm × 3mm × 0.9mm)，通常可以将它们放置在极片之间。安装在PCB上的内转子和外转子电机的例子如下所示。

注意，即使在电动机内部安装Magalpha™设备，即使在电机内部安装Magalpha™设备，也可以通过在电机轴上安装单独的盘或环形磁铁来获得器件的所有优点，如下所示。

当使用三个霍尔传感器进行换向时，需要精确地安装传感器或可能发生错误换向，导致扭矩纹波和低效操作。使用Magalpha™设备时，仅在一个位置感测磁场角。从该角度产生换向信号（始终完全120°），因此传感器安装精度并不像三个单独的霍尔传感器那样关键。这改善了由于MIS定位的霍尔传感器而导致的产量损失和返工。

Magalpha™接口

MagAlpha™设备直接输出模拟UVW霍尔信号的信号，以及模拟光编码器的正交信号的输出。这些信号可用于替代霍尔传感器和光编码器直接位置控制应用或“FG”或转速控制应用的转速表信号。188比分直播吧事实上，MagAlpha™设备可以直接替代霍尔传感器和速度/位置编码器，并且仍然使用现有的电机控制器和驱动电路，如下所示。

使用MagAlpha改进现有控制器/驱动程序的性能

为了更高的性能，可以采用微控制器通过Magalpha™设备的SPI接口直接读取转子电角（最多11位）。由于转子位置实际上具有很大的精度，因此可以使用简单的查找表的算法来为每个阶段产生PWM信号。这简化了正弦换向的实现。

性能和成本优势

在适当控制的应用中，Magalpha™传感器以188比分直播吧更低的成本为光学编码器提供相同或更好的分辨率。此外，它对污垢和灰尘不敏感，即通常扰乱工业应用中的光学编码器，导致位置检测误差和最终系统故障。188比分直播吧在速度控制的应用中，精确的角度测量可用于188比分直播吧产生高脉冲计数转速计信号（每个电旋转最多256个脉冲），如下所示。这是使用电磁转速计（“FG”）在高智能BLDC电动机中使用的10-20倍。

结论

Sensima Magalpha™设备可用于代替BLDC电机中的霍尔传感器和光学编码，提供成本和性能优势。通常，该装置可以直接安装在电动机内并感测转子位置，而不需要额外的磁体。

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