分解器

 

    分解器是一款在汽車行業(yè)內(nèi)被普遍使用的堅(jiān)固傳感器,，不受磁場干擾和污垢影響,，而且在角度檢測過程中不受摩擦損耗的影響。它由一個(gè)永久連接于電機(jī)軸(電機(jī)旋轉(zhuǎn)器)的輪子和一個(gè)永久附著于電機(jī)外殼的環(huán)形定子組成,。該定子至少包含一個(gè)勵磁線圈和兩個(gè)傳感器線圈,。通過增加極對數(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。

 

   圖2顯示的就是分解器,。勵磁線圈配備模擬正弦信號,。該模擬信號通過磁耦合(感應(yīng))傳輸?shù)絻蓚€(gè)傳感器線圈,，相互設(shè)置在90度的位置。對由分解器傳回的模擬正弦和余弦信號的評估需要一個(gè)軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC),，它用來從模擬數(shù)據(jù)中確定角度位置和速率,。

 

圖2：分解器示意圖和機(jī)械結(jié)構(gòu)。

 

分解器在性能和和準(zhǔn)確度方面可能并不比其他競爭技術(shù)優(yōu)越,，但它們更耐用,，在污垢和極端溫度等環(huán)境下能提供更好的保護(hù)。即便在靜止的狀態(tài)下,，它也可以隨時(shí)檢測電機(jī)的絕對位置,，而增量式編碼器和霍爾傳感器則不能執(zhí)行該功能。

 

車載逆變器和電機(jī)控制MCU

 

在最簡易的情況下,，電機(jī)控制器包含一個(gè)微控制器,、一個(gè)功率輸出級,、連接轉(zhuǎn)子位置傳感器(分解器)的電機(jī),，以及常被作為一個(gè)獨(dú)立電路執(zhí)行的軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該控制器產(chǎn)生旋變信號,，并基于返回的正弦/余弦信息,，快速準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子的位置和速率。這種信息必須傳到微控制器,，才能在電機(jī)控制計(jì)算中被考慮到,。外部軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常經(jīng)串行外設(shè)接口(SPI)連接到微控制器。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器制造商的要求,，該連接也可通過其他串行或并行端口實(shí)現(xiàn),。

 

然而，這些解決方案受制于一個(gè)很大的不足,，即MCU無法經(jīng)常接觸到轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù),，而且必須始終從外部軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器中獲得(如圖3所示)。這樣不僅相對較慢,，而且可能引發(fā)錯誤,，而這些錯誤可能會對整個(gè)系統(tǒng)的功能安全產(chǎn)生負(fù)面影響。

 

圖3：配備外部集成軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電機(jī)控制,。

 

擁有了最新的MB91580 32位微控制器系列后,，富士通半導(dǎo)體在這方面獨(dú)樹一幟。在一個(gè)144幀中,，32位微控制器擁有150DMIPS的運(yùn)算能力,、可達(dá)1MB的快閃存儲器和128KB隨機(jī)存儲器，以及多個(gè)I/O端口和定時(shí)器結(jié)構(gòu),，能夠產(chǎn)生所有電機(jī)控制信號和充足的通信接口,，如CAN,、LIN和FlexRay(見圖4)。軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器的集成形成了極簡的系統(tǒng)架構(gòu),。每100納秒可從專用寄存器中讀出旋轉(zhuǎn)器位置,、正余弦值和角速度 ，并隨時(shí)到達(dá)MCU,。

 

圖4：片上可用資源示意圖

 

開發(fā)電機(jī)控制器常常用到一種基于模型的方法：強(qiáng)大的新軟件工具一般與浮點(diǎn)數(shù)一起運(yùn)作,。為了將以這種方式開發(fā)的算法轉(zhuǎn)移到傳統(tǒng)的微控制器，浮點(diǎn)數(shù)必須轉(zhuǎn)化為整數(shù),。MB91580中的集成浮點(diǎn)單位增強(qiáng)了計(jì)算能力,，減少了從模型轉(zhuǎn)換到應(yīng)用本身的工作量。