意法半導(dǎo)體首款用于電動車輛旋轉(zhuǎn)變壓器的雙運算放大器，讓設(shè)計尺寸變得更小、更耐用

TSB582是意法半導(dǎo)體首款高壓大電流雙運算放大器，封裝小巧（帶裸露焊盤的SO8和帶有裸露焊盤和表面可濕的DFN8）。我們的團(tuán)隊首先考慮將其用于電動車輛的旋轉(zhuǎn)變壓器，或具有高功率交流電機(jī)或無刷直流電機(jī)的其他應(yīng)用（能將機(jī)械運動轉(zhuǎn)換為電氣數(shù)據(jù)），以確定電機(jī)位置并提高效率。此外，該運算放大器的尺寸以及與其他運算放大器的引腳兼容性使其成為一款出色的壓電執(zhí)行器通用器件。因此，我們在2023年全球嵌入式系統(tǒng)展上推出了TSB582并在駕駛模擬演示中展示了新款Toronto Technology Tour。

為什么旋轉(zhuǎn)變壓器在電動車輛中如此重要？

 

電機(jī)控制算法的精度

電動車輛必須仔細(xì)調(diào)整發(fā)送到每個電機(jī)的電流，以提供理想性能。例如，當(dāng)電動車輛左轉(zhuǎn)時，電機(jī)控制算法必須快速準(zhǔn)確地驅(qū)動左右電機(jī)上的IGBT，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐ぞ?，確保平穩(wěn)的駕駛體驗。同樣，踩下油門時必須立即加速，了解車輪的確切位置將確保駕駛員能夠輕松控制汽車。簡言之，車輪的精確位置對電機(jī)控制算法至關(guān)重要。那么，為什么工程師傾向于使用旋轉(zhuǎn)變壓器而非編碼器？
旋轉(zhuǎn)變壓器使用轉(zhuǎn)子中的初級線圈。除了這個參考線圈外，定子中還有兩個次級繞組，彼此呈90°放置。其中一個繞組被稱為正弦繞組，因為系統(tǒng)報告其正弦振幅，而另一個是余弦繞組。簡單來說，交流電通過初級線圈，在移動時，其電磁場激勵次級繞組。通過測量每個繞組的電流變化，可以獲得正弦和余弦函數(shù)。然后，程序可以通過正弦和余弦值應(yīng)用反正切函數(shù)來獲得轉(zhuǎn)子的精確角度。
 

旋轉(zhuǎn)變壓器與電動車輛普及

從旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)部的基本概況可以看出，這款傳感器速度快、性能穩(wěn)定。由于機(jī)制和電子器件簡單，也無需擔(dān)心有棘手的故障出現(xiàn)。這也解釋了為什么制造商都青睞于旋轉(zhuǎn)變壓器而非編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器的耐高溫特性使汽車制造商可以將旋轉(zhuǎn)變壓器放在離電機(jī)更近的地方，而不用擔(dān)心工作條件。如此一來，也滿足了制造商對于旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸的要求。通過縮減設(shè)計和組件，團(tuán)隊便能創(chuàng)造出更強(qiáng)大、更易于使用的產(chǎn)品。因此，對旋轉(zhuǎn)變壓器作進(jìn)一步的改進(jìn)還可繼續(xù)降低成本，使電動車輛更易購置。
了解了旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理，就很容易理解為什么工程師習(xí)慣在初級線圈上使用兩個運算放大器。然而，TSB582提供兩個通道，使設(shè)計人員僅需使用一個高電流運算放大器，從而將功率級減半并降低材料成本。此外，設(shè)計人員還可并行使用兩個通道，將輸出電流加倍至400 mA，以支持使用伺服電機(jī)或機(jī)械臂的工業(yè)應(yīng)用。此外，TSB582還可與其他運算放大器實現(xiàn)引腳兼容，大大增加了其自身的實用性。只需進(jìn)行一次鑒定即可用于多種設(shè)計，由此降低了研發(fā)的成本。
 
 惡劣條件保護(hù)旋轉(zhuǎn)變壓器的另一個重要優(yōu)勢是其耐用性。TSB582配有輸出電流限制器以及短路和過溫保護(hù)，有助于應(yīng)對更為惡劣的條件。例如，對于熱安全功能，器件會自動關(guān)閉輸出功率級，使其冷卻下來。一旦溫度降至某一水平以下，便會重新啟動。工程師不用操心添加安全措施，只要在規(guī)劃極端條件時加以利用即可。意法半導(dǎo)體數(shù)據(jù)手冊甚至包含了PCB布局建議和應(yīng)用示例，以幫助設(shè)計人員開展工作。