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  电机驱动是一个复杂的领域，应用于许多应用案例。一些电机驱动器可以在没有相位传感器(无传感器)的情况下完美运行。在这种情况下，为什么要增加额外的部件呢?让我们来区分相位传感器的两个功能。

    ▲ 实现电机换向和应用定位的通用结构单元和路径

电机控制可以具有多个反馈回路：一个用于电机换向，一个用于定位。这些控制回路不一定使用相同的位置传感器，因为优化系统和BOM需要不同的特性。位置传感器可以在以下方面改进系统的控制:位置、扭矩或速度。

    ▲ 实现电机换向和应用定位的通用结构单元和路径

  电机换向

  对于多种类型的电机，位置传感器可以用作电机换向控制回路的组件。电机控制算法可决定通过线圈的电流大小及其时序。施加磁场的角度必须与转子的磁场方向正交，以最大程度提高效率。

  电机控制算法的类型与电机设计和传感器类型相关。例如，无刷电机可以在梯形控制、正弦控制和磁场定向控制模式下运行：

  梯形控制为基本模式，可根据锁存器/开关的输出确定转子的位置。它可以满足无刷直流电机 (BLDC) 的需求，实现高速换向，但可能出现意外转矩波动。想象一辆加速不平稳的电动车。

  正弦控制或磁场定向控制表现更出色，但它们依赖于转子角位置的精确性(高分辨率角度)。角位置越精确，效率越高，在某些应用中会体表现出更高的安全性。这些控制算法也适用于永磁同步电机 (PMSM)。

    ▲ 传感器原理

    ▲ 角度编码器原理

  定位应用

  位置传感器可用于应用定位。以一个关键的智能阀为例。位置传感器可确保阀门位置正确(不依赖电机位置)。另一个例子是可精确定位机械臂上的关节的伺服电机。

在这个例子中，电机定位所用的传感器可以是用于电机换向的传感器。如果转子轴的位置和电机的输出轴完全关联，则应为上述情况。但并非总是如此。在某些情况下，内部齿轮箱会将高速/低转矩转子转换为低速/高转矩输出轴。然后可能需要在输出传感器上额外配备一个低速传感器。

  Melexis 产品Melexis 产品用于电机换向的传感器芯片

  在本章中，我们会详细介绍 3用于电机换向的3种霍尔产品：锁存器/开关芯片、线性霍尔传感器芯片和角度编码器芯片。

    >> 采用锁存器/开关控制电机换向

  锁存器/开关产品以多芯片配置放置在定子中，它们非常适合直流无刷电机的梯形控制：使用 3 颗芯片，每相 1 颗。

    ▲ 侧向或垂直感应

  Melexis 提供一系列具有预编程或可编程固定参数的霍尔效应锁存器芯片。除了可感应垂直施加于芯片表面的磁感应强度的传统传感器之外，Melexis 还推出了可感应侧向磁感应强度的锁存器芯片。此功能大大提高了传感器定位相对于磁体(转子或感应磁体)定位的灵活性。传感器采用单芯片 TSOT-3L 或 TO92-3L 封装。Melexis 还推出了首款支持 ASIL-B 的锁存器/开关芯片。

    ▲ 侧向/X 轴

    ▲ 侧向/Z 轴

  >> 采用线性霍尔传感器控电机换向

  线性霍尔效应传感器可用于替代锁存型霍尔传感器。多个传感器正交式使用可提供具有高角度分辨率的转子绝对角度。可根据它们的模拟输出通过专用算法计算出更准确的转子位置。因此，它们不仅适用于检测电机换向点，还适用于精确的位置控制。以 90° 磁相移放置的两个线性霍尔传感器也可用作正弦余弦角度传感器。α 角由 SIN 与 COS 反正切计算得出。

    ▲ 采用 3 个传感器的配置

    ▲ 采用 2 个传感器的配置

  由磁性角度编码器控制的电机换向

   磁性角度编码器，也称为角度编码器或电机角度编码器，是提供成比例模拟正余弦输出的快速芯片解决方案。这些输出代表转子磁通量，因此可用于检测电机位置。最新一代产品可以放在轴上(轴端)或轴外(轴通)。

    ▲ 轴端

    ▲ 轴通

  Triaxis® 角度编码器提供了一种 X-Y-Z 磁轴配置。此功能大大提高了传感器定位相对于磁体(转子或感应磁体)定位的灵活性。

    ▲ 从左往右依次为 X/Y、X/Z、Z/Y 磁轴

  传感器的 OUT1 和 OUT2(正弦和余弦信号)可配置为 X/Y 磁轴、X/Z 磁轴或 Z/Y 磁轴，用于轴端或轴通感应。

  定位用传感器芯片

  某些电机应用会额外配备用于定位的控制回路。例如，执行器低速运行的阀门。或者当应用中的内部齿轮箱将高速/低转矩旋转转换为低速/高转矩旋转时。由于齿轮箱的不断磨损，转子位置与电机输出轴之间的一一对应关系会逐渐消失。因此，在某些设计中，输出轴上额外配备了一个位置传感器。

  上述电机换向产品非常注重高速性能。它们的更新频率以几微秒来表示，通常输出原始信息。然后由相关的 MCU 处理此信息。对于应用定位，快速响应不再是关注重点。因此，我们可以使用能输出已计算角度信息的“更智能”的传感器。这类传感器在 DSP 助力下，可提供更多功能(信号补偿、可编程诊断...)，从而能进一步简化系统设计。Melexis 提供各种低速角位置传感器芯片。Melexis 产品中的低速指更新频率不低于 200µs。

  适用于执行器的传感器芯片

  Melexis 的全集成 LIN 电机驱动芯片和预驱动芯片可降低 BoM 成本，简化汽车机电一体化应用中电机控制翼板、阀门、风扇和泵的设计。这些装置还可用于机器人系统和电动自行车/电动踏板车。

  支持两线直流电机、三线直流无刷电机或四线双极步进电机，可以使用带传感器或无传感器的磁场定向控制 (FOC) 算法。

  对于带传感器的应用，Melexis 一站式为您提供传感与驱动解决方案。绝对角度位置传感器芯片可与 Melexis 的驱动芯片搭配使用，以驱动和感应智能阀的位置，从而有效冷却电池或发动机。还可兼容 Melexis 的预驱动芯片，用于跟踪智能泵中的转子位置，从而以正确的转矩实现泵的高效和动态控制。我们的第三代嵌入式驱动芯片系列包括适用1..10 W应用的MLX81330 和 MLX81332 LIN 驱动芯片适用10..2000W应用的MLX81340、MLX81344和MLX81346 LIN预驱动芯片，值得一提的是，Melexis 凭借 MLX81346 成为将全集成片上系统 (SoC) 48 V 预驱动芯片推向市场的先驱企业。

  概念总结

  

借助位置传感器的支持，电机驱动器可满足与位置、转矩和速度控制相关的特定应用要求。Melexis 传感与驱动解决方案是优化您的机电一体化应用的理想选择。