先進的磁感應技術對于未來汽車的發展至關重要。
隨著現代車輛構造日益精密，車內電子元件數量也逐年增長，機械系統正逐漸被電子系統所取代，這一發展趨勢解決了很多問題，但同時也帶來了新的挑戰。在電動汽車和配備電氣系統的傳統汽車中，測量多個區域中的電流變得愈發重要，這有助于精確檢測車輛安全運行不可或缺的眾多運動部件的位置。
隨著繁瑣和不可靠的機電解決方案逐漸被淘汰，磁感應和霍爾效應已成為多種測量和定位解決方案的核心。然而，許多實施方案僅在單個平面中有效，其他方案則容易受到現代汽車中大量雜散磁場的影響。
在本篇技術文章中，Melexis 將探討如何在現代汽車中使用磁技術進行簡單可靠且精確安全的電流和位置測量。
過去數年中，電動汽車 （EV） 和混合電動汽車 （HEV） 已經開始投入實際應用。國際清潔交通委員會 （ICCT） 的調查數據印證了這一點：在 2010 年，全球電動汽車市場幾乎可以忽略不計，而截至 2015 年，電動汽車的銷量已達到 500，000 臺，并且銷售數字仍在持續增長。即使是傳統的內燃機 （ICE） 汽車，電氣化也已成為主流趨勢，諸多原有的機械和液壓系統均被更清潔、輕便、高效且可靠的電氣系統所取代。
隨著車輛構造愈發復雜，發動機控制單元 （ECU） 等計算機系統控制的功能也日益增多。然而，此類系統需要感測汽車的關鍵運行參數才能實現精確運行。很多主要電氣系統（如電池組、電機和泵）均需要掌握電流情況。ECU 同樣需要清楚節氣門體、換擋桿或駐車制動器等機械裝置的位置，以便準確控制車輛。
雖然測量電流和位置的方法多種多樣，但使用磁技術和霍爾效應原理能夠以簡單可靠的非接觸式手段輕松解決這一工程挑戰。
電流感應技術
傳統的電流感應方法相對繁瑣，并且通常涉及電流變壓器，必須斷開電路以便插入測量變壓器。即使是傳統的霍爾效應傳感也不夠簡單直接，因為傳統霍爾效應傳感器只能測量垂直于器件表面的電流。這需要使用有間隙的鐵磁芯提供磁增益并對齊磁場，以便傳感器進行測量。
而磁芯的存在也會限制此類方法的效果。所選的形狀和材料也會影響解決方案的飽和度、磁滯、頻率響應和熱漂移。
基于半導體的 IMC-Hall? 傳感器 IC 可通過集磁片 （IMC） 直接測量電流。IMC 由具有高磁導率和低磁滯的非晶磁性材料制成，可將平行于芯片表面的外部磁場局部轉換為垂直磁場，以便傳統霍爾元件進行感測。與傳統方法相比，IMC 與霍爾效應傳感器的結合可以提供更高的磁靈敏度。
位置感應技術
許多傳統霍爾效應傳感器只能感應垂直于 IC 的磁通量。雖然這些器件能夠用于油門踏板位置檢測、換擋桿檢測以及汽車環境中的其他類似應用，但是可能需要研發復雜（且昂貴）的定制化磁場結構才能得到所需的測量結果。
Triaxis? 傳感器 IC 采用創新型磁感應技術，可通過 IMC 測量單顆 IC 的三個磁通分量。利用上述三個磁通分量，可以打造出能檢測旋轉（角度）、線性（行程）或操縱桿運動的二維或三維傳感器。
磁感應技術
Melexis MLX91208 是一款搭載汽車類標準 Triaxis? 霍爾技術的單片電流傳感器 IC，集成 IMC，可提供極高的靈敏度。MLX91208 采用 SOIC8 小型封裝，能夠測量下至幾安、上至 1000 安的電流。這款高度可編程和可配置的器件具有 3μs 的超短響應時間，帶寬從直流至 250kHz。用戶可以編程線性傳輸特性，并選擇成比例的模擬量輸出。該器件適用于多種汽車電流傳感應用，可構成智能保險絲的核心部分。
MLX90371 是另一款基于 Triaxis? 霍爾技術的單片傳感器 IC，可以提供絕對位置感應功能。傳感器由一個磁性前端、一個模數信號轉換器、一個用于高級信號處理的 DSP 和一個輸出級驅動器組成。其搭載的三維 Triaxis? 技術可通過模擬量輸出或 PWM 輸出對任意移動磁體的絕對旋轉或線性位置進行非接觸式感測。另一個版本 （MLX90372） 則可提供 SENT （SAE J2716） 或 PWM 輸出。
MLX90371 符合 ASIL-B 標準，MLX90372 符合 ASIL-C 標準。兩款器件均采用無 PCB 雙模封裝 （DMP），無需 PCB 即可直接集成到小型傳感組件中。
現代車輛應用的關鍵挑戰之一，是能否在大量雜散磁場的影響下（尤其是在高度電氣化的 EV 和 HEV 中）準確檢測磁體位置。通過測量磁場梯度，MLX90371 和 MLX90372 本身可避免高達 4kA/m（或 5mT）的雜散場的影響，能夠滿足大多數汽車應用的需求。另一大優勢是可以使用尺寸更小的低成本磁體，對于空間和成本受限的汽車應用而言，無疑是一種簡潔有效的解決方案。
MLX90372 還包含一個額外引腳，可用于將外部傳感器（如溫度或壓力傳感器）集成到 SENT 總線中，降低系統復雜度。
總結高效、準確、可靠的電流和位置感應對于現代汽車至關重要。能夠實現非接觸式感應的磁感應技術正愈發受到青睞，Melexis 的 IMC 專利技術和 Triaxis?專利技術將助力工程師解決汽車應用中的設計難題。
作者：Melexis 位置和速度傳感器營銷經理 Nick Czarnecki
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