MPS Positionssensoren vereinfachen BLDC Applikationen

BLDC-Motor mit MagAlpha Positionssensor

BLDC Motoren bieten viele Vorteile wie hohe Leistungsdichte, breite Dynamik, geringerer Wartungsaufwand und kompakte Bauform. Sie werden von Entwicklern und Designern favorisiert und die Applikationen sind in den letzten Jahren stark gewachsen. Die Nachteile der BLDC Motoren, wie zusätzliche Komponenten, komplexere Systemstrukturen und höhere Kosten lassen sich reduzieren und die Gesamtbilanz der BLDC Motorsystemen ist für Anwender positiv.

Der passende Sensor

Wo in der Sensorik früher klassische Einzelkomponenten eingesetzt wurden, wird heute häufig eine leistungsfähigere Implementierung angestrebt: flexible Lösung mit Mehrwert, optimaler Performance und minimiertem Materialaufwand bei akzeptablen Kosten.
Klassisch wurden früher diskrete Hall Schalter verwendet, die die Rotorlage des Motors zwar einfach aber leider nur recht ungenau erfassten. Es standen hier lediglich die drei Phaseninformationen mit einer Blockinformation zur Verfügung. Bei der Fertigung bedeutet die erhöhten Montage- und Justage-Aufwand. Eine genauere Absolut Position des Rotors bzw. der Rotorperiode stand nicht zur Verfügung. Auch eine hochauflösende Geschwindigkeitsinformation und eine direkte Richtungsinformation sind mit diesen drei Sensoren nicht verfügbar.

Einfache Lösung

Zur Kommutierung eines BLDC Motors ist lediglich ein Sensor erforderlich. Mit den MPS MagAlpha Familie und den Gruppen der Motorsensoren MA1xx, MA3xx, MAQ43x sind diese zusätzlichen und auch für die erweiterte Regelung wünschenswerten Informationen in einem monolithisch integrierten Positionssensor verfügbar. MPS verwendet hier die Hall basierende SpinAxis™ Technologie. Diese Sensoren können einen magnetischen Rotor direkt abtasten oder auch über eine magnetische Maßverkörperung, um die Rotorlage und Rotorbewegung zu erfassen. Neben Diametralmagneten können auch Ringmagnete passender Polpaarzahl verwendet werden.

Alle Sensoren sind „echt absolut“ d.h. alle Daten und Signale stehen zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung und erfordern keine Referenzfahrt oder Teilbewegung.
Die Position des Sensors kann flexibel gewählt werden: ob am Wellenende oder neben der Welle und sogar neben der Welle orthogonal gekippt. Das interne Hall-basierte Sensor Frontend erfasst das magnetische Feld und verarbeitet dieses direkt im Baustein.

Eine Kalibrierung des Sensors ist nicht erforderlich, lediglich die zur Applikation passenden Parameter und die Nullwinkellage werden im internen Non Volatile Speicher ON CHIP abgelegt. Eine Stand Alone Nutzung eines Sensors in einer Baugruppe ohne weitere aktive Komponenten ist somit möglich.

Standardisierte Schnittstellen

Für eine hohe Applikations- und Marktakzeptanz sind besonders häufig anzutreffende Funktionen und Schnittstellen interessant und diese können als modulare Funktionseinheiten in einem Sensor IC Baustein zusammen integriert werden. Es stehen die klassischen Standardsignale für BLDC Motorapplikationen die UVW Kommutierungssignale und zusätzlich die inkrementellen Quadratursignale ABZ stehen zur Verfügung. Zusätzlich liefern eine SSI serielle Absolut Schnittstelle und eine embedded SPI Schnittstelle die absolute Position als direkte Winkelinformation. Durch fortschreitende Innovationen, weite Skalierungen und breite Diversifikation sind in BLDC Systemen häufig unterschiedlichste Regler anzutreffen, die diese Sensoren auswerten. Durch standardisierte Schnittstellen und Protokolle können MPS Positionssensoren einfach angewendet werden. Die Sensorik und alle Signale bieten eine hohe Bandbreite und ermöglichen hohe Auflösungen bei hohen Drehzahlen.

Alle MPS Sensoren für BLDC Anwendungen sind in einem kleinen QFN-16 3x3 mm x 1 mm Gehäuse verpackt und verwenden eine einheitliche, standardisierte Pinbelegung für Versorgung und Signale. Somit kann je nach Anforderung das passende Produkte verwendet werden.
Im Automotive Bereich sind passende MPS Positionssensoren mit AEC-Q100 Qualifikation aus der MAQ43x Familie verfügbar. Den Anwenderanforderungen entsprechend sind diese in QFN-16 3x3 mm Gehäusen mit Wettable Flanks verpackt.

Schlussfolgerung

Die gestiegenen Anforderungen an Positionssensoren für BLDC Motoren lassen sich mit passenden MPS Sensor Produkten einfach umsetzen. Durch standardisierte Schnittstellen ist eine Kombination der Positionssensoren für ein weites Funktions- und Leistungsspektrum flexibel nutzbar.
Für die Evaluierung stehen Eval-Boards der verschiedenen Sensoren zur Verfügung. Bei Fragen und technischer Unterstützung stehen MEV und MPS Ihnen gerne zur Verfügung.

Links

Magnetic Angle Sensor for BLDC Brushless DC Motor Replaces Optical Encoders (YouTube-Video)

Application Note: Using MagAlpha™ Devices to Sense BLDC Rotor Position

Magnetic Angular Position Sensors Brochure (PDF)

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