ams Magnetischer Drehsensor mit hoher Genauigkeit

Die neuen hochgenauen magnetischen Drehgeber von ams messen Winkel schnell drehender Teile mit einem Fehler von höchstens ±0,17° bei 14.500 Umdrehungen pro Minute. Damit lassen sich effiziente und energiesparende bürstenlose und Permanentelektromotoren realisieren.

Die Mitglieder der neuen Positionssensor-Familie (AS5047D, AS5147 und AS5247) arbeiten auf Basis der von ams neu entwickelten, zum Patent angemeldeten Dynamic Angle Error Compensation, kurz DAEC, die den dynamischen Winkelfehler, der aus internen Signalverzögerungen im Sensor entsteht, praktisch auf null reduziert. Diese internen Laufzeitenliegen in herkömmlichen Systemen bei typisch 100 bis 200 µs. Denn die Sensoren rechnen Magnetfeldänderungen ihren integrierten Sensoren in digitale Winkelwerte um. Diese Umrechnung benötigt eine gewisse Zeit, in der sich die rotierende Achse weiterdreht, so dass sich dessen aktuelle Position zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sensor den berechneten Winkelwert ausgibt, bereits schon wieder weiterbewegt hat. Der daraus entstehende Winkelfehler hängt linear mit der Drehzahl zusammen. Bei einer internen Laufzeit von 100 µs beträgt der Winkelfehler bei 1000 U/min 1,2°, bei 10.000 U/min bereits 12°.

Die DAEC kompensiert diesen dynamischen Winkelfehler fast vollständig. Dieses Verfahren kompensiert jeden Messwert bei der Messwerterfassung abhängig von der Drehzahl. Auf diese Weise liefern die Sensoren der 47er Familie Winkelwerte mit einer Genauigkeit von ±0,08° bei 7,000 U/min, von ±0,14° bei 12,000 U/min und von ±0,17° bei 14,500 U/min (Nichtlinearität ausgenommen).

Mit dieser Genauigkeit ist die 47er Familie von ams für alle Anwendungen der Motorsteuerung und der Winkelmessung geeignet. Bei schnellen bürstenlosen Motoren (BLDC, Brushless DC) und Synchronmotoren mit Permanentmagneten (PMSM) verbessert die hohe Genauigkeit des Sensors die Kommutierung, was zu besserem Wirkungsgrad und höherem Drehmoment führt. Dadurch ergeben sich geringere Schwankungen des Drehmoments und somit einen ruhigeren Lauf.

»Erstmals können Entwickler magnetische Positionssensoren in Motorapplikationen verwenden, ohne im Kontroller eine komplexe Winkelfehlerkompensation vorsehen zu müssen«, sagt Bernd Gessner, Vizepräsident und Leiter des Geschäftsbereichs Automotive von ams.

Alle drei ICs liefern absolute Winkelwerte am PWM-Ausgang und als Kommutierung von Motoren den UVW-Ausgang. Weiterhin verfügen sie über einen inkrementellen ABI-Ausgang vergleichbar wie ein optischer Encoder. Damit kann der AS5047D einen optischen Encoder ganz einfach direkt ersetzen, ohne dass der Anwender die Softwareschnittstelle im zugehörigen Kontroller ändern muss.

Die 47er Familie liefert am digitalen SPI-Ausgang eine hohe Auflösung von 14 Bit (entsprechend 0,022°) und eine maximale Auflösung von 2000 Schritten pro Umdrehung im Dezimal- oder 2048 Schritten pro Umdrehung im binären ABI-Modus.

Wie alle magnetischen Positionssensoren von ams profitiert auch die neue 47er Familie von der bewährten differentiellen Messmethode, die das Sensor IC gegen magnetische Streufelder nahezu resistent macht, wodurch man sie ohne zusätzliche Schirmung in Umgebungen mit magnetischen Störfeldern einsetzen kann.

Während der AS5047D auf den für Industrieanwendungen wie z.B. Roboter und jede Art von Encoder Modulen konzipiert ist, zielt ams mit dem AEC-Q100-qualifizierten AS5147 auf Anwendungen in der Fahrzeugtechnik (elektrische Lenksysteme und Aktuatoren) ab. Der Dual-Die IC AS5247 ist ebenfalls AEC-Q100-qualifiziert und eignet sich für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik, die höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen.

Der AS5047D sitzt in einem 14-pin TSSOP-Gehäuse kostet 4,21 Dollar bei Abnahme von 1.000 Stück.
Der Preis des AS5147, der ebenfalls im 14-Pin-TSSOP untergebracht ist, liegt bei 4,84 Dollar.
Den AS5247 (Preis auf Anfrage) liefert ams im 7 mm x 7 mm großen MLF-40-Gehäuse, Produktionsstückzahlen werden ab Ende Juli 2014 verfügbar sein.