내연기관(ICE) 자동차에서 배출되는 온실가스 감축을 위한 글로벌 이니셔티브가 추진됨에 따라 주문자 상표 부착 생산업체(OEM)는 기계식 시스템을 전기 제어 시스템으로 재설계하고 있습니다. 높은 수준의 시스템 연결 및 인텔리전스로 자율 주행 차량이 가능해짐에 따라 ISO(국제 표준화 기구) 26262와 같은 안전 요구 사항을 해결하기 위한 전자 및 소프트웨어 알고리즘의 수요가 증가했습니다.

센서, 특히 각도 센서는 다양한 차량용 시스템을 효율적으로 구동하거나 작동하는 데 필요한 토크 및 각도 정보를 모니터링하고 제공하기 위해 기능 안전 표준을 준수해야 하는 시스템의 필수 부분입니다.

EPS 시스템 설계

EPS(전자 전원 스티어링) 시스템은 스티어링 컬럼, 전자 제어식 스티어링 모터, 전자 센서 및 제어 메커니즘으로 구성됩니다. 브러시리스 DC 모터인 전기 모터는 운전자가 스티어링 휠을 돌릴 때 스티어링을 보조하여 기존의 기계식 및 유압식 시스템을 대체합니다.

EPS 시스템의 이점으로는 더 빠르고 스마트한 작동, 이산화탄소 배출량 감소, 연료 효율 향상, 사용자 환경 개선 등이 있습니다. 운전자는 스티어링 휠 인터페이스에서 시스템 입력을 제공합니다. 이 센서는 모터 샤프트의 위치와 스티어링 휠의 회전을 감지하고 데이터를 ECU(전자 제어 장치)로 전송합니다. 그림 1에서는 EPS 시스템의 기본 요소를 강조합니다.

EPS 시스템을 설계하는 데 사용되는 구성 요소에는 마이크로컨트롤러, 센서, 전원 공급 장치, 모터 드라이버 및 트랜지스터가 포함됩니다. 이는 시스템의 효율적인 통신과 작동에 필수적입니다. 그림 2에서 알 수 있듯이 , 컨트롤러 영역 네트워크는 차량의 ECU와 인터페이싱하는 데 사용되는 버스 표준입니다.

TMAG6181-Q1은 적용된 평면 자기장의 방향과 관련된 차동 사인 및 코사인 아날로그 출력을 제공하는 통합 신호 조절 증폭기를 갖춘 이방성 자기저항(AMR) 각도 센서입니다.

TMAG6181-Q1의 <2µs 지연 시간과 0.4도 각도 오류는 시스템 성능과 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다. 센서의 통합 회전 카운터는 정상 작동 모드에서 최대 32,000rpm(분당 32,000회전), 저전력 모드에서 최대 8,000rpm까지 회전하는 모터를 추적할 수 있습니다. 또한 장치 작동 중 오류를 감지, 모니터링 및 보고하는 여러 장치 및 시스템 수준 진단 기능을 지원합니다. 예를 들어 절전 또는 고장 모드에서 TMAG6181-Q1 AMR 센서의 출력은 고임피던스 상태로 이동합니다. 마이크로컨트롤러가 고장을 감지할 수 있도록 하려면 풀다운 또는 풀업 저항을 사용하는 것이 좋습니다.

AMR 출력 신호를 처리하고 EPS 모터 또는 스티어링 휠의 각도 위치를 추출하려면 일반적으로 외부 마이크로컨트롤러가 필요합니다. TMAG6181-Q1의 AMR 각도 센서는 단일 종단 또는 차동 출력 모드로 사용할 수 있으며, 후자 모드는 시스템의 공통 모드 간섭을 제거합니다. AMR 센서의 차동 출력 사인 및 코사인 신호는 적용된 자기장의 각도에 비례합니다. AMR 센서의 출력 전압은 외부 ADC가 공급 전압을 참조할 수 있도록 하기 위한 공급 전압의 비율입니다.

그림 3에서는 차동 출력 신호가 SIN_P, SIN_N, COS_P, COS_N, COS_N, COS_N이 EPS 시스템의 ECU와 통신하는, 외부 마이크로컨트롤러의 단일 종단 아날로그-디지털 컨버터에 연결하는 일반적인 애플리케이션 다이어그램을 보여줍니다.

신뢰도를 증대하기 위해 사용할 수 있는 경우 차동 ADC를 권장합니다. 높은 정확도를 위해 부하 커패시터와 저항은 서로 일치해야 합니다. TMAG6181-Q1은 AMR 출력 핀에서 최대 10nF의 정전식 부하를 직접 구동할 수 있으며 최대 1mA의 소스 및 싱크 전류에 대한 저항 부하를 구동할 수 있습니다. 따라서 EPS 시스템의 부드럽고 안정적인 작동이 가능합니다.

규정 준수를 간소화하기 위해 ISO 26262 시스템 설계에 대한 문서인 TMAG6181-Q1에 최대 차량용 안전 무결성 레벨 B를 사용할 수 있습니다.

전기 자전거 및 전기 스쿠터 시스템 설계

전기 자전거는 전기 모터, 배터리, 제어 장치, 센서 및 표시장치 등 5가지 주요 부품으로 구성된 자전거입니다. 모터는 페달링 중에 필요한 추가 전력을 제공하는 데 도움이 되므로 전기 자전거의 필수 요소입니다. 그림 4의 블록 다이어그램에 나와 있듯이 모터(전면, 중앙 또는 후면 장착 가능)를 효율적이고 안정적으로 회전하려면 각도 센서가 필요합니다.

전기 스쿠터는 전기로 변환된 가스 구동 스쿠터입니다. 그 모터 구동 시스템 설계는 복잡하지 않은 점을 제외하고 전기 자전거와 매우 비슷합니다. 전기 스쿠터 설계는 스로틀이 작동할 때 전기 모터에 동력을 공급하기만 하면 되지만, 전기 자전거 설계는 자전거 운전자의 페달링 파워를 측정하여 모터에 전달할 동력의 양을 결정해야 합니다.

지역별로 보면 자동차 산업에서 요구하는 것과 유사한 전기 자전거와 전기 스쿠터는 안전 수준을 충족해야 합니다.

그림 4에서는 전기 자전거 시스템을 개발하는 데 필요한 구성 요소를 강조합니다. 각도 센서는 각도 피드백을 제공하며, 이 피드백은 마이크로컨트롤러에서 연산하여 모터를 효율적이고 안정적으로 구동합니다. AMR 센서는 일반적으로 180도로 제한되지만 TMAG6180-Q1의 X 및 Y 축에 독립 홀 효과 센서 출력 2개를 추가하면 센서의 각도 범위를 360도로 확장할 수 있습니다.

마무리

오늘날의 차량과 전기 자전거는 고급 기능을 구동하고 제어하는 여러 ECU로 구성됩니다. EPS 시스템, 전기 자전거 또는 전기 스쿠터를 설계하려면 효율적이고 안정적인 작동을 위해 ECU를 정확하게 제어해야 합니다. TMAG6181-Q1은 더 빠르고 정확한 모터 제어를 지원하여 시스템 성능을 개선합니다.

추가 리소스

• 텍사스 인스트루먼트, TMAG6180-6181 평가 모듈 툴.
• 텍사스 인스트루먼트, , 오토모티브 기능 안전 및 TI가 고정밀 위치 센서로 고객에게 도움을 주는 방법 기술 백서.
• 텍사스 인스트루먼트, AMR 감지 센서의 저전력 회전 수의 장점 애플리케이션 요약.