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EPS传感器电控系统方案
- 2017-07-20 -

功率电路

EPS体系的功率电路首要完成三有些功用。一,由6个 N-MOSFET构成的三相逆变全桥的逆变功用;二,由串联在 三相桥上方的N-MOSFET完成的电池反接维护功用;三,执 行功用安全关断输出指令的相堵截功用。

总的来说,功率电路首要思考的是牢靠性和功率。

先说功率,除精密的FOC电机操控办法外,MOSFET 器材自身是功率的另一个决定因素。好的MOSFET意味着 更低的RDS(ON)、更低的开关损耗,功率电路才可能有更高 的功率。EPS体系功率从300W到几千瓦不等,对MOSFET 的电流跨度请求也很大。 图7计划里40V的Infineon汽车级 N-MOSFET彻底能满意这个功率规模的不相同需要,而且有着 业界抢先的导通和开关损耗。

牢靠性关于不相同功用触及的内容也不相同。关于三相逆 变全桥来说,因其作业原理十分老练,所以这有些的牢靠性 首要受制于体系规划能力、PCB布局走线、电磁兼容EMC以 及热规划等有关的规划能力。英飞凌北京汽车体系工程部在 这几方面积累了多年的经历,尤其是在用单层铝基板完成方 式上有着十分老练的计划。

关于串联在三相桥上方的N-MOSFET的电池反接维护

功用,由于完成对比简略,所以其牢靠性首要体现在原理层 面。简略来说,驱动防反N-MOSFET需要一个上浮的门极驱 动电源和一个开关操控信号。门极驱动电源来自TLE9180的 上管驱动专用电源管脚。开关操控信号一般由MCU的一个 一般I/O管脚发作即可。当电池极性正常连接时,TLE9180 的上管驱动专用电源正常作业,MCU操控I/O管脚将门极 驱动电源输出给防反N-MOSFET的门极,防反N-MOSFET 导 通 并 一 直 维 持 导 通 状 态 。 一 旦 电 池 极 性 接 反 后 , 由 于 TLE9180没有正常供电,不能发作上管驱动电源,因而防反N-MOSFET门极没有驱动信号,呈关闭状态。

下面要点介绍相堵截单元。首先要阐明运用相堵截单 元的背景及因素。传统的EPS配有电磁聚散器,装在减速机 构与电机之间,作用是确保EPS体系只在设定的行进车速范 围内起作用。当车速到达界限值时,聚散器别离,电机中止 作业,转向体系变成手动转向体系。另外,当电机发作毛病 时,聚散器将主动别离。而新一代的EPS现已撤销电磁聚散 器,由于汽车高速时,仍需电机供给阻尼,完成高速时的沉 稳感。另外,因电机轴承毛病而卡住电机输出轴的概率远 比EPS电控逆变电路出毛病而短路相绕组的概率低,所以目 前的干流技能只思考发作毛病时用电子开关EPS电控功率电 路和电机。前期机械继电器堵截功率电路和电机,但因其 体积大、本钱高、抗震差等缺陷而被筛选。取而代之的是 MOSFET。

用MOSFET完成相堵截功用有几个扎手的问题。1. 其所 处的电路方位形成很难有续流回路。2. 相堵截MOSFET关断 时的关断电流一般都是毛病电流,其值对比大,一般会超过

100A。3. 关断时的毛病电流的上升速率不行预知。di/dt有 时会很高,尤其是在转子方位和导通的MOSFET严峻不匹配

时。

所以,要完成相堵截MOSFET单元真实的产业化使用, 必需要处理几个问题。1. 供给3个相堵截MOSFET在关断后 的电机电感续流回路;2. 要有适当的战略、办法和必要的电 路来牢靠关断毛病电流。

3)外围传感器 选用三相PMSM或BLDC电机完成的EPS体系需要三类

传感器。第一类是三相PMSM或BLDC电机操控用的转子位 置传感器;第二类是EPS方向盘扭矩传感器;第三类是EPS 方向盘转角传感器。这三类都是EPS体系触及功用安全的关 键元器材。功用安全对要害输入信号的基本请求是要有冗余

备份。

(a)三相PMSM或BLDC电机操控用的转子方位传感器 为完成三相PMSM或BLDC电机扭矩的精准操控和减小

扭矩动摇,干流技能是选用FOC磁场定向操控办法。为完成 FOC操控需要知道实时电机转子相关于定子的视点信号,即 转子方位信号。干流的转子方位传感器有两种:带霍尔的增 量编码器和旋转变压器。相较于Infineon的巨磁阻效应的两 类传感器TLE5309D和TLE5012BD,旋转变压器和带霍尔的 增量编码器报价贵许多。图7给出的计划是用户在这4种传感 器中任选两个作为一个组合用于功用安全的转子方位检测。 TLE5309D是Infineon应ISO26262的请求专门为EPS体系 使用规划的Dual-sensor封装的视点传感器芯片。Dual-sensor 封装技能是将两个彻底独立的传感器芯片集成在一个塑封封 装里,既完成了冗余又减小了体积。TLE5309D内部晶圆上 面集成了一个GMR(巨磁阻效应)传感器芯片,晶圆下面集 成了一个AMR(异向性磁阻效应)传感器芯片。每个芯片的输 出信号都是两路差分模仿信号。AMR和GMR芯片输出的角 度精度别离是0.1和0.6度。TLE5309D的特点是速度更快、精

度更高。

TLE5012BD视点传感器芯片也是Infineon应ISO26262的 请求专门为EPS体系使用规划的Dual-sensor封装的视点传感 器芯片。不相同的是在TLE5012BD内部晶圆上下别离集成了两 个彻底相同,且彻底独立的GMR芯片。输出方式也不相同,有三线SPI、增量编码器协议、PWM协议、霍尔协议等几种

不相同协议的组合。TLE5012BD的特点是输出协议便利、灵 活、通用化,而且是数字信号输出。

(b)EPS方向盘扭矩传感器

T L E 4 9 9 8 x 8 D 系 列 线 性 霍 尔 传 感 器 芯 片 是 In f i n eo n 应 ISO26262的请求专门为EPS体系使用规划的Dual-sensor封装 的方向盘扭矩传感器芯片。TLE4998x芯片内部集成了数字 信号处理器,将模仿的扭矩信号转换为数字信号并以常用 的SENT(Single Edge Nibble Transmission)和PWM通讯协议输 出。由于内部集成了两个彻底相同的TLE4998x芯片,假如 不需要更多的冗余备份的话,一片TLE4998x8D就能满意EPS 扭矩传感器的请求。

(c)EPS传感器方向盘转角

TLE5012BD视点传感器芯片也能用于方向盘转角传感 器。如前所述,一片TLE5012BD就能满意EPS方向盘转角传 感器的需要。