近年來，許多終端市場和應用中的一個明顯趨勢是用高效率的無刷直流電機(BLDC)替換交流電機或機械泵。使用BLDC的一些主要優(yōu)點包括：更高的功率和熱效率、更高的空間/重量效率、更高的可靠性(無刷)、在危險環(huán)境下工作更安全(不會像有刷電機一樣產生刷粉或火花)。此外，由于BLDC電機采用電子換向方式，因此更易在應用的速度范圍內控制扭矩和速度參數，并且能夠實現(xiàn)更復雜的控制，例如維持保持扭矩或速度極限。憑借這些優(yōu)點，BLDC電機在眾多現(xiàn)有和新應用中占得一席之地。在汽車領域，BLDC電機已用于替換液壓執(zhí)行器和有刷電機，這不僅能夠減小重量/尺寸、延長工作壽命、降低維護成本，而且能夠大幅提高整體系統(tǒng)性能和效率。隨著汽車行業(yè)向優(yōu)化燃油效率快速發(fā)展，BLDC電機現(xiàn)能夠實現(xiàn)相應的性能，幫助減小傳動系統(tǒng)、電動助力轉向和HVAC(暖通空調)系統(tǒng)以及起動馬達/發(fā)電機和各類泵(水/燃油/油)中的發(fā)動機負荷。
　　角度傳感器在BLDC電機控制中的作用
　　要實現(xiàn)電機的控制和高效換向，高分辨率電流和旋轉位置信息至關重要。一般而言，在基于旋變器的系統(tǒng)中，分辨率和可能非常高，但終端解決方案可能價格昂貴且體積較大，這是因為旋變器本身會占用較大的物理空間。無傳感器方案也可用于檢測反電動勢電流，而且還能降低傳感器重量和成本，但是電機啟動性能可能是個問題，因為這時不會產生反電動勢，因此就無法得到可用的位置數據。其他解決方案，例如利用三個霍爾效應傳感器檢測電機磁體的位置，通常用于對成本敏感的應用中。這種情況下，要求的分辨率可以實現(xiàn)，但需要監(jiān)控三個信號。此外，這些傳感器不是配套的，這可能會產生空間和安裝難題。
　　一種替代方案是使用基于異性磁阻(AMR)技術的角度傳感器，這些傳感器既便宜又。借助ARM傳感器，不僅可實現(xiàn)高角度，而且可將一個檢測元件和電子電路集成在同一封裝中。這可獲得非常小的傳感器子系統(tǒng)，并且能夠在電機總成內定位傳感器。
　　ADI公司已與MR技術的Sensitec GMBH開展合作，共同提供ADA4571，該產品將高AMR傳感器和高性能儀表放大器集成在單個封裝中。
　　ADA4571在?40°C至+150°C的寬工作溫度范圍下進行的生產測試得到的角度誤差為0.5°，而且具有內置診斷功能、大輸出電平、EMC保護以及低失調偏移，因此是非常理想的傳感器，它能夠實現(xiàn)高性能BLDC電機控制，而且速度超過25000 RPM。
　　AMR技術
　　基于AMR理念的傳感器的材料電阻率取決于相對于電流方向的磁化方向。該傳感器通常沉積為薄膜透磁合金(磁性鐵鎳合金)。 AMR傳感器在飽和狀態(tài)下工作，因此外部磁場對電阻變化起決定作用。外部磁場和電流方向平行時電阻，施加磁場與載流透磁合金的平面垂直時電阻。 AMR傳感器如何工作的簡化圖如圖1所示。
　　

　　圖1：AMR工作原理。

　　兩個獨立的惠斯登電橋配置以彼此呈45°的方式排列時，可實現(xiàn)角度傳感器，其正弦和余弦輸出取決于外部磁場方向。此配置可提供具有180°測量范圍的傳感器。
　　

　　圖2：360°機械旋轉時的ADA4571誤差(灰色)和輸出波形(橙色/藍色)。

　　圖2顯示了旋轉磁場施加在360°機械旋轉情形時ADA4571的典型高輸出電平和角度誤差。在微控制器中進行失調校正和反正切計算之后，典型誤差小于0.1°。
　　傳感器安裝
　　對于大部分BLDC控制系統(tǒng)，根據可用空間和電機軸安裝的便利性，配置和安裝傳感器有許多選擇方式。圖3顯示了ADA4571的兩個配置示例。
　

　　圖3：BLDC系統(tǒng)與ADA4571 (a)軸端系統(tǒng)(b)軸側系統(tǒng)。

　　典型的軸端配置包括一個安裝在旋轉軸上的直徑磁化盤式磁體，該磁體安裝在電機總成內部，如圖3(a)所示。該磁體可提供一個穿過傳感器平面的磁場。
　　在此配置中，無需使機械和電氣組件接觸即可直接讀取轉子角度。由于AMR技術不依賴磁場強度，因此能夠耐受氣隙變化。不依賴磁場強度還可增大機械容差并使磁體材料的選擇簡單化。
　　緊湊的軸端配置意味著傳感器可直接安裝在非?？拷娮涌刂蒲b置(微控制器、MOSFET)的印刷電路板(PCB)上，從而能夠限度減少信號路由并減小與惡劣電機環(huán)境的距離。
　　另一種可能的配置是圖3(b)所示的軸側系統(tǒng)。軸側配置可用于待檢測軸無法在端頭安裝磁體的應用。在此配置中，由磁極環(huán)提供激勵，傳感器和磁極環(huán)可安裝在軸上的任意位置。典型應用包括電動助力轉向泵或由于空間限制不能使用軸端的BLDC電機。
　　由于ADA4571能夠提供低延遲和的位置反饋信息，因此可對電機各相的電流進行控制，從而使電機對動態(tài)負載做出順暢響應，或在變化的條件下維持恒速。終結果就是更好的控制、的扭矩、更高的啟動/停止效率，以及更佳的運行狀況。
　　傳感器設置和校準
　　要獲得更高的，可在用戶的生產線末端執(zhí)行各類校準程序?？蓤?zhí)行性失調校準，以消除正弦和余弦信號的初始失調。
　　圖4顯示了在室溫下執(zhí)行性失調校準后的典型性能。

　　圖4：單點和雙點校正時典型角度誤差與溫度的關系。

　　由于傳感器的失調漂移，角度可能隨溫度升高而下降，如在150°C時進行單點校正的情況，而雙點溫度校準則可提高性能。在這種情況下，可對失調和片內溫度傳感器的信息進行插值計算，并且可補償隨溫度變化的失調。
　　自由運行應用中的BLDC系統(tǒng)可充分利用連續(xù)的失調校正技術，方法是計算指定時間內傳感器輸出的均值。微控制器中的動態(tài)失調補償可在整個溫度范圍和工作壽命內實現(xiàn)非常高的。
　　與其他傳感器技術(霍爾/GMR/TMR)不同，ADA4571無需執(zhí)行額外的校準步驟，例如幅度校正或正交性校正。經過生產測試驗證的幅度失配確保小于1%，而先進的傳感器設計還可確保正交性。傳感器還可忽略遲滯，從而獲得高可靠性且的位置信息。
　　對于無需高、低性能且對成本敏感的應用，ADA4571可在不進行線路終端失調校正的情況下使用。這種情況下，ADA4571可確保具有小于5°的角度誤差。這對于一些未校準的應用非常有用，因為主機控制器知道軸的位置，因此可優(yōu)化啟動狀況。
　　結論
　　磁性位置傳感器可為工業(yè)和汽車BLDC電機控制系統(tǒng)設計人員提供小型、穩(wěn)定且易于組裝的位置檢測解決方案。ADI的新款ADA4571提供高速、高、經生產測試保證的全角度、集成式診斷功能以及低功耗工作模式，明顯優(yōu)于前幾代磁性位置傳感器。
　　為了確保器件的安裝和校準設置簡單方便并減少用戶的軟件開銷，ADI投入了大量精力。因此，BLDC電機制造商可從非常的位置數據中受益，即使在高速應用中也可獲得非常高的扭矩性能，除此之外，他們還能獲得使用無接觸式磁性檢測技術的所有好處。