对于更高马达效能及更佳成本效益的无止尽追求，促使马达制造商从使用多个磁霍尔效应闩锁感测器（magnetic hall-effect latch senor）装置，转而采用单一的霍尔效应磁角感测器（hall-effect magnetic angle sensor）装置，用来提供马达换向回馈。此趋势在汽车和工业市场中尤其明显，越来越多业者采用无刷直流（BLDC）马达。类似的趋势也出现在特定的汽车和工业应用中，它们从昂贵、庞大及耗电的光学编码器及旋转变压器，转而采用磁角位置感测器，用以提供马达换向回馈功能。

在汽车市场上，从离散霍尔效应闩锁器转用磁化角位置感器来提供马达控制回馈的趋势也在发生中，使得OEM业者可以满足日益增多的车辆安全性和燃料效率规定，并提升整体的车辆可靠性。藉由消除马达内部的多个磁性闩锁装置，以及它们的附属被动元件和互连装置，磁角位置感测器能改善马达的效能和可靠性，并提升车辆的整体安全性。

图一 : 用于电子动力转向马达控制系统的单一磁角位置感测器

在现今市场上可以看到一些新型磁角感测装置的推出，它们是特别针对高速马达应用所设计的。这些拥有各种创新特性的装置，可以进一步推升马达的效能，例如轴转矩和转速，并能降低系统成本。

举例而言，奥地利微电子（ams）新近发表的磁角位置感测器之一：AS5147P，就具有一种独特的专利功能，它可以免除马达控制若使用离散型霍尔闩锁或其他同级磁角位置感测器就必须执行的一项任务。使用AS5147P的晶片上的动态角度误差补偿（Dynamic Angle Error Compensation, DAEC）功能，则马达控制器就不需顾虑可能对马达效能和功率需求造成负面影响的感测器和系统传输延迟。

解决滞后的方法

一般来说，马达控制器或处理器必须考虑马达换向回馈感测器量测到马达的旋转轴位置，以及它实际将测量结果报告给控制器之间的可能滞后（lag）。这种因为通过磁性感测器，以及感测器和处理器介面之间的传输延迟所造成的滞后，会导致测量位置误差，而如果马达控制系统内部不以某种方式解决这个问题，则会造成马达效能及效率的降低。这个问题的大小与马达的每分钟转速（RPM）成正比。也就是说，马达的RPM越高，则感测器和介面既有的传输延迟就愈严重，如此会造成相关的滞后，对马达效能造成负面影响。

传统的马达控制器解决此种滞后的方法是，每当控制器自马达换向回馈感测器接收到新的量测更新时，就运行软体演算法。因为对于旋转马达的角速度已有相当精确的概念，并且已知固有的感测器和介面传输延迟，所以马达控制器的软体演算能够计算出旋转马达轴的即时角位置近似值，相对于它实际接收到感测器数据时的位置。这种方法是将感测器测量与偏移值相加。

利用AS5147P的DAEC功能，也能测定马达的旋转轴速度，并得知其内部及介面的传输延迟。就像是马达控制器，藉由将感测器的实际量测值与偏移植相加，它能有效地将即时角位置资讯呈报给马达控制器，进而消除滞后的影响。

图二 : AS5147P的DAECTM确保马达效能和效率的提升

此外，若是在其专用电路中，AS5147P能较马达控制器更精确地完成任务，这是因为它在进行测量时，会将偏移完全加到其自身的同步时脉电路之外。当马达控制器在执行此任务时，在感测器和控制器之间会存在着时序模糊性，这是因为控制器和感测器会运行自己的内部和非同步时脉。当控制器及其软体在执行此功能时，时序模糊会造成不精确的滞后偏移计算。因此，AS5147P为马达控制器提供的精确马达换向回馈位置资讯，能进一步提升马达整体效能并改善功率效率。再者，它可以更快、更经常地执行此功能，如此就能支援更高的马达RPM转速。例如 AS5147P就能支援转速高达 28,000 RPMs的马达。

互连设计不受磁杂散场影响

在马达换向回馈应用中使用磁角位置感测器的另一个好处，在于它们及它们的互连可以更容易地被设计成不受磁杂散场的影响，这是BLDC马达的共同考量，这些马达具有用于其转子的内部磁性元件和流过其定子绕组的高电流。冲击霍尔效应马达换向感测器及其互连的磁杂散场，会降低感测器测量的精确性，并导致马达无法正常工作，或什至是不工作。

针对一般的磁角位置感测器，可以在马达系统设计中放进屏蔽，以防止磁性感测器及其互连受到来自任何磁杂散场的影响。或者，可以特别注意霍尔感测器及其互连的布局并采用特殊的机械式设计，以避免感测器效能的降低。然而，利用这两种屏蔽技术，都会造成开发时间及单位成本的上升。

做为解决磁杂散场问题和降低屏蔽成本的替代及更好的解决方案，ams提供的磁角位置感测器相当独特且完全免疫于磁杂散场，其中包括AS5147P元件。如此一来，就不再需要磁屏蔽，也不需特别注意感测器及相关互连装置的布局。这不仅可以降低马达系统的成本，并且能进行始终精确且可重复的位置测量，即使是在磁杂讯最严重的环境中亦然。

持续整合新功能因应系统挑战

总而言之，随着世界对于电机马达的需求不断增加，以及不断挑战更高的马达效能和更低的功耗，因此，从多个离散霍尔效应感测器、旋转变压器和光学编码器转变为效能更高和成本效益更佳的磁角位置感测器的趋势将有增无减。如同现今使用AS5147P元件一样，未来的智慧型磁角位置感测器将继续进步和整合新功能，以满足这些新的系统挑战。

（本文作者Mark Donovan为奥地利微电子（ams AG）行销经理位置感测器业务的资深产品行销经理）

**刊头图片（source：Gizmodo）