TMCS2100-Q1: датчик TI для точного измерения тока в тяговых инверторах

Texas Instruments (TI) представила TMCS2100-Q1, многоосевой бесконтактный датчик тока на основе эффекта Холла для тяговых инверторов гибридов и электромобилей. Устройство измеряет магнитное поле по двум осям, а встроенный алгоритм обработки сигнала уменьшает влияние смещения датчика относительно токопроводящей шины.

По данным TI, такая архитектура повышает устойчивость измерений к изменению положения компонентов. Для этого не нужен громоздкий магнитный сердечник.

Содержание

• Многоосевое измерение и точность
• Значение точности для электромобиля
• Конструкция без магнитного сердечника
• Компенсация механического смещения
• Интеграция с токопроводящей шиной
• Управление крутящим моментом
• Доступность и средства разработки
• Основные характеристики TMCS2100-Q1

Многоосевое измерение и точность

Обычный одноосевой датчик контролирует магнитное поле в одном направлении. TMCS2100-Q1 использует данные по двум осям: алгоритм сопоставляет их и компенсирует влияние механического смещения между датчиком и проводником.

По заявлению TI, многоосевая архитектура обеспечивает до 20 раз более высокую точность, чем одноосевые датчики без магнитного сердечника.

При относительном смещении датчика и проводника на 0,4 мм погрешность составляет менее 1%. Если смещение не превышает 0,1 мм, она снижается примерно до 0,25%.

Значение точности для электромобиля

Тяговый инвертор входит в состав электрической силовой установки. Система управления использует измеренный ток для регулирования момента электродвигателя. Ошибки измерения отражаются на работе привода:

• Пульсации крутящего момента : ускорение может стать менее плавным.
• Шум электродвигателя : неточное управление способно усиливать акустические проявления работы привода.
• Энергопотери : погрешности могут снижать эффективность преобразования энергии.

Требования к измерительной системе возрастают при колебаниях нагрузки и температуры. Именно в таких условиях работает электромобиль, поэтому точность нужна не только при проверке на стенде.

Конструкция без магнитного сердечника

В традиционных системах разработчикам приходится искать баланс между точностью и размерами. Датчики с магнитным, в том числе С-образным, сердечником обеспечивают точные измерения, но дополнительные элементы увеличивают массу и габариты узла.

TMCS2100-Q1 сочетает конструкцию без магнитного сердечника с многоосевым измерением, которое снижает чувствительность к механическим отклонениям.

Бесконтактные датчики Холла позволяют убрать массивный сердечник. При этом обычные одноосевые решения могут сильнее реагировать на смещение компонентов и внешние магнитные поля.

Компенсация механического смещения

Вибрация, температурное расширение и механические нагрузки меняют взаимное положение деталей. Даже небольшое перемещение датчика относительно шины изменяет магнитное поле в точке измерения и может вносить погрешность.

Измерение по двум осям помогает алгоритму учитывать влияние смещения и корректировать результат при изменении геометрии системы.

Такой подход позволяет поддерживать высокую точность при небольших перемещениях компонентов во время эксплуатации автомобиля.

Интеграция с токопроводящей шиной

Для установки TMCS2100-Q1 разработчикам не обязательно делать в шинопроводе дополнительные вырезы, отверстия или специальные пазы. Датчик допускает интеграцию без существенной переработки конструкции шины.

Это упрощает механическую часть инвертора, расширяет выбор компоновки и облегчает отвод тепла. Отказ от массивного магнитного сердечника также помогает создавать компактные тяговые инверторы с высокой удельной мощностью.

Управление крутящим моментом

Система управления электродвигателем использует данные о токе для расчета и корректировки крутящего момента. Поэтому повышение точности измерений влияет не только на показания датчика, но и на регулирование тяги.

Более точные данные о токе помогают плавнее управлять приводом и эффективнее использовать энергию аккумулятора.

Для разработчиков электромобилей эти задачи связаны: снижение потерь поддерживает энергоэффективность, а точное регулирование момента улучшает плавность работы силовой установки. Оба направления важны при работе над запасом хода и поведением автомобиля.

Доступность и средства разработки

Texas Instruments предлагает TMCS2100-Q1 для серийного производства. Для разработки и испытаний компания подготовила оценочный модуль, модуль определения характеристик и эталонный дизайн.

Эти средства позволяют проверить датчик в реальных схемах, исследовать его параметры и ускорить интеграцию в новые тяговые инверторы.

Основные характеристики TMCS2100-Q1

Датчик предназначен для бесконтактного контроля тока в автомобильных электрических силовых установках. Его основные особенности и заявленные показатели приведены в таблице.

TMCS2100-Q1 объединяет многоосевое измерение, алгоритмическую компенсацию смещения и конструкцию без магнитного сердечника. Такое сочетание дает разработчикам возможность повысить устойчивость измерений к механическим отклонениям и сохранить компактность тягового инвертора.