电动汽车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，位置传感器是现代汽车中的常见功能。传统上，霍尔效应传感器常被用于此，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，电动汽车与它正在逐渐取代的传统内燃机动力车辆的环境截然不同，这给霍尔效应传感器的持续使用带来了问题。 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中位置感测应用的更好选择。

在电动汽车中使用霍尔效应传感器的问题

霍尔效应传感器的原理是感应永磁目标的磁场强度而产生小电压。输出电压可用于测量磁铁与霍尔效应集成电路 (IC) 之间的距离。但是，如果其他磁性产品在霍尔IC附近时，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。 为了防止在汽车应用中发生这种情况，通常使用屏蔽来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产生——即动力总成模块、车载充电器 (OBC)、电池组和 DC-DC 模块——这些会影响一些电子产品车辆中的控制单元 (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。

图 1：电动汽车内的磁场

如果没有提供足够的屏蔽，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——这两者在试图延长电池寿命并因此延长车辆行驶里程时都是不可取的。 由于杂散磁场数量的快速增加，新的汽车规范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) 鉴定期间，汽车电子产品现在要承受超过 5 mT（毫特斯拉）的直流场和频率高达 150 kHz 的交流场。任何对安全至关重要的传感器——动力转向、加速踏板、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

电感式接近传感器的原理是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此磁场，就像使用变压器时一样，法拉第定律将此磁场转换为电压。干扰该磁场的金属目标会感应出涡流来对抗其影响，并将目标处的场强降低至零。放置在不同物理位置的两个接收线圈检测到不同的电压，然后可以使用电压的比值来确定目标物体的位置。

电感式传感器示意图

杂散磁场对于使用称为主动解调的技术的感应传感器来说不是问题。传感器会过滤掉任何不需要的外部场，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，该定律仅对交流场作出反应，因此它们不会接收任何外部直流磁场。 使用电感式传感器的其他优势包括：

电感式传感器在较高温度下的性能优于基于磁铁的传感器，并且在高温环境下，信号处理电子设备不需要靠近传感线圈。 磁传感器需要电子调节电路位于感测点。 电感式位置传感器非常准确，可用于测量多种不同长度 (5–600 mm) 的线性位置。 它们也更易于安装，因为它们只需要一个金属体并且可以直接内置到 ECU 中。 霍尔传感器需要一块磁铁，该磁铁必须集成到其安装中。