先進(jìn)的磁感應(yīng)技術(shù)對于未來汽車的發(fā)展至關(guān)重要。

隨著現(xiàn)代車輛構(gòu)造日益精密，車內(nèi)電子元件數(shù)量也逐年增長，機(jī)械系統(tǒng)正逐漸被電子系統(tǒng)所取代，這一發(fā)展趨勢解決了很多問題，但同時(shí)也帶來了新的挑戰(zhàn)。在電動汽車和配備電氣系統(tǒng)的傳統(tǒng)汽車中，測量多個(gè)區(qū)域中的電流變得愈發(fā)重要，這有助于精確檢測車輛安全運(yùn)行不可或缺的眾多運(yùn)動部件的位置。

隨著繁瑣和不可靠的機(jī)電解決方案逐漸被淘汰，磁感應(yīng)和霍爾效應(yīng)已成為多種測量和定位解決方案的核心。然而，許多實(shí)施方案僅在單個(gè)平面中有效，其他方案則容易受到現(xiàn)代汽車中大量雜散磁場的影響。

在本篇技術(shù)文章中，Melexis 將探討如何在現(xiàn)代汽車中使用磁技術(shù)進(jìn)行簡單可靠且精確安全的電流和位置測量。

過去數(shù)年中，電動汽車 （EV） 和混合電動汽車 （HEV） 已經(jīng)開始投入實(shí)際應(yīng)用。國際清潔交通委員會 （ICCT） 的調(diào)查數(shù)據(jù)印證了這一點(diǎn)：在 2010 年，全球電動汽車市場幾乎可以忽略不計(jì)，而截至 2015 年，電動汽車的銷量已達(dá)到 500，000 臺，并且銷售數(shù)字仍在持續(xù)增長。即使是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī) （ICE） 汽車，電氣化也已成為主流趨勢，諸多原有的機(jī)械和液壓系統(tǒng)均被更清潔、輕便、高效且可靠的電氣系統(tǒng)所取代。

隨著車輛構(gòu)造愈發(fā)復(fù)雜，發(fā)動機(jī)控制單元 （ECU） 等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的功能也日益增多。然而，此類系統(tǒng)需要感測汽車的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)行。很多主要電氣系統(tǒng)（如電池組、電機(jī)和泵）均需要掌握電流情況。ECU 同樣需要清楚節(jié)氣門體、換擋桿或駐車制動器等機(jī)械裝置的位置，以便準(zhǔn)確控制車輛。

雖然測量電流和位置的方法多種多樣，但使用磁技術(shù)和霍爾效應(yīng)原理能夠以簡單可靠的非接觸式手段輕松解決這一工程挑戰(zhàn)。

電流感應(yīng)技術(shù)

傳統(tǒng)的電流感應(yīng)方法相對繁瑣，并且通常涉及電流變壓器，必須斷開電路以便插入測量變壓器。即使是傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感也不夠簡單直接，因?yàn)閭鹘y(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器只能測量垂直于器件表面的電流。這需要使用有間隙的鐵磁芯提供磁增益并對齊磁場，以便傳感器進(jìn)行測量。

而磁芯的存在也會限制此類方法的效果。所選的形狀和材料也會影響解決方案的飽和度、磁滯、頻率響應(yīng)和熱漂移。

基于半導(dǎo)體的 IMC-Hall? 傳感器 IC 可通過集磁片 （IMC） 直接測量電流。IMC 由具有高磁導(dǎo)率和低磁滯的非晶磁性材料制成，可將平行于芯片表面的外部磁場局部轉(zhuǎn)換為垂直磁場，以便傳統(tǒng)霍爾元件進(jìn)行感測。與傳統(tǒng)方法相比，IMC 與霍爾效應(yīng)傳感器的結(jié)合可以提供更高的磁靈敏度。

位置感應(yīng)技術(shù)

許多傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器只能感應(yīng)垂直于 IC 的磁通量。雖然這些器件能夠用于油門踏板位置檢測、換擋桿檢測以及汽車環(huán)境中的其他類似應(yīng)用，但是可能需要研發(fā)復(fù)雜（且昂貴）的定制化磁場結(jié)構(gòu)才能得到所需的測量結(jié)果。

Triaxis? 傳感器 IC 采用創(chuàng)新型磁感應(yīng)技術(shù)，可通過 IMC 測量單顆 IC 的三個(gè)磁通分量。利用上述三個(gè)磁通分量，可以打造出能檢測旋轉(zhuǎn)（角度）、線性（行程）或操縱桿運(yùn)動的二維或三維傳感器。

磁感應(yīng)技術(shù)

Melexis MLX91208 是一款搭載汽車類標(biāo)準(zhǔn) Triaxis? 霍爾技術(shù)的單片電流傳感器 IC，集成 IMC，可提供極高的靈敏度。MLX91208 采用 SOIC8 小型封裝，能夠測量下至幾安、上至 1000 安的電流。這款高度可編程和可配置的器件具有 3μs 的超短響應(yīng)時(shí)間，帶寬從直流至 250kHz。用戶可以編程線性傳輸特性，并選擇成比例的模擬量輸出。該器件適用于多種汽車電流傳感應(yīng)用，可構(gòu)成智能保險(xiǎn)絲的核心部分。

MLX90371 是另一款基于 Triaxis? 霍爾技術(shù)的單片傳感器 IC，可以提供絕對位置感應(yīng)功能。傳感器由一個(gè)磁性前端、一個(gè)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器、一個(gè)用于高級信號處理的 DSP 和一個(gè)輸出級驅(qū)動器組成。其搭載的三維 Triaxis? 技術(shù)可通過模擬量輸出或 PWM 輸出對任意移動磁體的絕對旋轉(zhuǎn)或線性位置進(jìn)行非接觸式感測。另一個(gè)版本 （MLX90372） 則可提供 SENT （SAE J2716） 或 PWM 輸出。

MLX90371 符合 ASIL-B 標(biāo)準(zhǔn)，MLX90372 符合 ASIL-C 標(biāo)準(zhǔn)。兩款器件均采用無 PCB 雙模封裝 （DMP），無需 PCB 即可直接集成到小型傳感組件中。

現(xiàn)代車輛應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，是能否在大量雜散磁場的影響下（尤其是在高度電氣化的 EV 和 HEV 中）準(zhǔn)確檢測磁體位置。通過測量磁場梯度，MLX90371 和 MLX90372 本身可避免高達(dá) 4kA/m（或 5mT）的雜散場的影響，能夠滿足大多數(shù)汽車應(yīng)用的需求。另一大優(yōu)勢是可以使用尺寸更小的低成本磁體，對于空間和成本受限的汽車應(yīng)用而言，無疑是一種簡潔有效的解決方案。

MLX90372 還包含一個(gè)額外引腳，可用于將外部傳感器（如溫度或壓力傳感器）集成到 SENT 總線中，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

總結(jié)高效、準(zhǔn)確、可靠的電流和位置感應(yīng)對于現(xiàn)代汽車至關(guān)重要。能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式感應(yīng)的磁感應(yīng)技術(shù)正愈發(fā)受到青睞，Melexis 的 IMC 專利技術(shù)和 Triaxis?專利技術(shù)將助力工程師解決汽車應(yīng)用中的設(shè)計(jì)難題。

作者：Melexis 位置和速度傳感器營銷經(jīng)理 Nick Czarnecki