电感式位置传感器在工业和汽车应用中的作用

我们所处的世界正在日益变得自动化，这不仅带来了极大的便利，同时也节省了时间和成本。在许多应用中，特别是在工业和汽车领域，电机是实现自动化的关键组件之一。因此，我们需要对电机进行精确控制，而重点便是了解通常连接到轴上的转子的位置和速度。在这个方面，目前最常见的三种传感技术为光学、磁性和电感式。

光学编码器具有良好的精度，并且对许多应用中存在的磁场不敏感。然而，其价格较高，并且容易受到灰尘污染对旋转盘、光源或光探测器的影响。

磁性编码器提供了一种低成本方案，通常用于精度并非主要考虑因素的大规模应用。虽然它们不容易受到灰尘的影响，但工业或汽车应用中常见的磁场可能会对它们产生不利影响。

电感式编码器相较于磁性方案具有更高的位置精度，同时相较于光学编码器成本更低，并且非常适合用于恶劣环境，因为它们可以应对高度污染、振动和外部磁场。此外，电感式编码器对温度不敏感，并且组件数量较少，因此可以减小尺寸并降低成本和复杂性。从环境角度来看，不依赖稀土材料（在某些磁体中使用）是另一个优点。

NCS32100 双电感位置传感器

安森美(onsemi) 的NCS32100双电感位置传感器通过两个简单而创新的 PCB 盘，实现了出色的非接触式位置精度，精度优于 + 50 角秒或者机械旋转 0.0138 度。一块 PCB 固定在电机定子（静止部分）上，而另一块单层 PCB 固定在转子或轴上。两块 PCB 平行放置，中间以 0.1mm 至 0.5mm 的气隙分隔。NCS32100 位于定子 PCB 上。

粗细（双）导电走线或线圈印刷在两个盘面上。第三条导电走线称为励磁线圈，印刷在定子 PCB 上。NCS32100 向励磁线圈发送 4MHz 正弦波，使定子励磁线圈周围产生电磁场。根据法拉第互感定律，转子的粗细走线线圈与电磁场相交，将能量耦合到转子线圈中，形成涡流。

同时，定子的粗细线圈连接最多八个 NCS32100 接收器输入。当转子旋转时，转子的涡流会干扰定子接收线圈。NCS32100 通过其内置的数字信号处理器 (DSP) 的专有算法处理这些干扰，从而测量出转子位置。

NCS32100 能够在 6,000 RPM 转速时提供 ±50 角秒的位置精度，在牺牲些许精度的情况下，转速高达 45,000 RPM。

这种简单方案只需使用少量电子组件，从而确保尺寸小巧且降低成本。此外，它还不易受温度波动、污染和外部磁场的影响。

安森美的 NCS32100是一款高精度旋转位置传感器，旨在减少故障，延长维护周期，尽可能地提高吞吐量，并降低工业应用的维护成本。

该器件包含一个振荡器来提供 4MHz 励磁信号，并会对返回的波形进行解调，然后将其转换为数字域并进行处理。接着，这些信息会馈入 Arm^® Cortex^® M0+ 微控制器 (MCU) 中，因此该方案具有高度可配置性。

NCS32100 能够在最高转速达到 45,000 RPM 时提供转速信息，并且是一种绝对编码器，这意味着它能够在盘片未旋转的情况下推断位置。当转速低于 6,000 RPM 时，NCS32100 能够提供 ±50 角秒的精度，直到现在，只有光学编码器才能实现这样的性能。

当转子的转速在 100 RPM 至 1,000 RPM 之间时，在任务模式下，只需发出单个命令，即可在两秒钟内通过内部程序完成传感器校准。校准所得的系数会存储在非易失性 RAM (NVM) 中供参考。

尽管性能出色，双电感方法仍保持着其他电感位置方案的简单性。相比之下，光学方案涉及光盘、定子 PCB 和 LED 驱动器等 100 个组件。

相比之下，基于 NCS32100 的方案只需一对 PCB，总共只有十二个组件。这种方案提供了与光学方案相同的精度。

在汽车应用中，虽然成本和可靠性很重要，但安全性至关重要，尤其是在转向或制动等应用中。安森美的 NCV77320 汽车级绝对位置传感器专为这些关键用例而设计，并符合 ISO26262 标准。NCV77320 的位置精度为 1,943 角秒或机械旋转 0.0539 度，主要是因为它只有 3 个接收器输入，而 NCS32100 有 8 个接收器输入，并且 NCV77320 不支持粗细线圈 PCB 配置。不过，NCV77320 可以作为旋转编码器或线性编码器运行。

NCV77320 的应用包括制动踏板传感器、油门踏板传感器、电机位置传感器、制动系统传感器、车辆水平传感器、变速箱挡位传感器、油门位置传感器和废气再循环阀传感器。

与 NCS32100 一样，NCV77320 不易受污染、温度变化和磁场干扰影响，并且可用于环境温度范围为 -40ºC 至 +150ºC 的汽车应用环境。

安森美的 NCS32100 和 NCV77320 电感式位置传感器比光学和磁性编码器方案更适合工业和汽车应用。

如需进一步了解安森美的电感式位置传感器，请观看我们的网络研讨会“适用于工业和交通市场的电感式位置传感器”。