重新思考电动汽车时代的位置传感

电动汽车 （EV） 中的霍尔效应传感器

从确定方向盘、踏板和座椅的位置到各种阀门、旋钮和执行器的设置，位置传感器的应用范围很广，是现代汽车的常见功能。传统上，霍尔效应传感器用于此目的，因为它们具有许多优点，包括高可靠性（因为它们无需物理接触即可工作）和高速运行。然而，EV的环境与它正在逐渐取代的传统内燃机动力汽车的环境大不相同，这给霍尔效应传感器的继续使用带来了问题。在这篇文章中，我们回顾了霍尔效应传感器的操作，并解释了为什么它不适合在电动汽车中使用。然后，我们将展示电感式位置传感器的工作原理，以及是什么使它们成为电动汽车位置传感应用的更好替代品。

在EV中使用霍尔效应传感器的问题

霍尔效应位置传感器根据永磁目标的磁场强度产生小电压。输出电压可用于测量磁体与霍尔效应集成电路 （IC） 之间的距离。但是，如果其他因素在与霍尔效应 IC 相同的附近引入磁场，则会出现问题。如果发生这种情况，则传感器输出电压不可靠。为了防止这种情况在汽车应用中发生，屏蔽通常用于保护传感器免受车辆中杂散磁场的影响。虽然这种方法在传统车辆中令人满意，但电动汽车对霍尔效应传感器提出了更严峻的挑战。在电动汽车中，低频磁场由四个主要的高压模块（即动力总成模块、车载充电器 （OBC）、电池组和 DC-DC 模块）产生，这些会影响车辆中的某些电子控制单元 （ECU）。用于动力转向和制动辅助的无刷直流电机也导致了这个问题。

如果提供的屏蔽不足，位于电池组或动力总成模块附近的带有霍尔效应传感器的ECU可能会受到低频磁场的影响。电动汽车对额外屏蔽的要求意味着更大更重的传感器——在试图延长电池寿命和车辆续航里程时，这两种传感器都是不可取的。由于杂散磁场数量的迅速增加，新的汽车规格要求在更高的磁场下进行更多的抗扰度测试。在电磁兼容性 （EMC） 认证期间，汽车电子设备现在承受超过 5 mT（毫特斯拉）直流电场和高达 150 kHz 交流电场的频率。任何安全关键传感器（动力转向、油门踏板、牵引转子位置）的错误读数都是不能容忍的。

电感式传感器优势

像我们的LX3302A这样的电感式接近传感器通过在传感器工作范围内的金属物体中感应电流来工作。传感器使用振荡器产生磁场。两个次级线圈用于检测该磁场，就像使用变压器一样，法拉第定律将该磁场转换为电压。干扰该磁场的金属目标将感应出与其作用相反的涡流，并将目标处的场强降低到零。放置在不同物理位置的两个接收线圈检测不同的电压，然后可以使用其比率来确定目标物体的位置。

杂散磁场对于使用称为有源解调技术的电感式传感器来说不是问题。这样可以过滤掉任何不需要的外部磁场，以便传感器仅检测感兴趣的信号频率。此外，由于电感式位置传感器使用法拉第定律，该定律仅对交流电场做出反应，因此它们不会拾取任何外部直流磁场。使用电感式传感器的其他优点包括：

电感式传感器在更高的温度下比基于磁铁的传感器具有更好的性能，并且在高温环境中，信号处理电子设备不需要靠近传感线圈。磁性传感器要求电子调节电路位于传感点。电感式位置传感器非常精确，可用于测量许多不同长度（5–600 mm）的线性位置。它们也更容易安装，因为它们只需要一个金属目标，可以直接内置到ECU中。霍尔传感器需要磁铁，必须将其集成到其安装中。