В тяговом инверторе датчик тока участвует непосредственно в контуре управления электродвигателем. Ошибка измерения отражается не только на показаниях диагностической системы: она влияет на регулирование момента, эффективность преобразования и способность контроллера точно управлять фазными токами. При переходе на компактные бесстержневые датчики возникает отдельная проблема — результат может заметно зависеть от положения микросхемы относительно токовой шины.
Texas Instruments предложила решить эту задачу с помощью многоосевой архитектуры. Новый TMCS2100-Q1 измеряет магнитное поле сразу в горизонтальном и вертикальном направлениях. В обычном одноосевом coreless-датчике смещение корпуса из-за допусков монтажа или вибрации меняет воспринимаемую компоненту поля и превращается в дополнительную погрешность. Одновременное измерение двух составляющих дает больше информации о реальном поле вокруг проводника и позволяет уменьшить влияние геометрических отклонений.
По данным TI, новая архитектура обеспечивает до 20 раз более высокую точность по сравнению с одноосевыми бесстержневыми решениями. Производитель отдельно приводит чувствительность к смещению: при отклонении на 0,4 мм ошибка остается менее 1%, а при 0,1 мм — около 0,25%. Эти цифры относятся к заявленным условиям и не отменяют необходимости корректной разводки, калибровки и учета внешних магнитных полей, но показывают, какую именно инженерную проблему решает двухосевое измерение.
Coreless-подход интересен тем, что датчику не требуется массивный магнитопровод вокруг токоведущей шины. Это помогает уменьшить узел измерения и упростить механическую конструкцию. В TMCS2100-Q1 TI также стремится обойтись без специальных вырезов, пазов или отверстий в шине, которые иногда используются для формирования магнитного поля в зоне датчика. Для тяговых систем, где токи велики, а место рядом с силовым модулем ограничено, отказ от дополнительных механических операций может быть заметным преимуществом.
Новая микросхема ориентирована на тяговые инверторы HEV и EV, включая архитектуры с высоким напряжением шины. В таких системах датчик должен одновременно обеспечивать гальванически безопасное измерение, быстрый отклик и устойчивость к электромагнитной обстановке рядом с силовыми ключами. Чем выше требования к мощности и плотности компоновки, тем сложнее сохранить точность при реальных вибрациях, температурных деформациях и производственных допусках.
Для рынка электронных компонентов TMCS2100-Q1 интересен как пример того, что развитие силовой электроники затрагивает не только SiC- и GaN-ключи. Повышение эффективности инвертора требует столь же серьезной работы с измерительными каналами, драйверами, изоляцией и контроллерами. TI уже предлагает TMCS2100-Q1 в серийных количествах, поэтому многоосевое измерение тока переходит из экспериментальной идеи в доступный элемент автомобильной силовой системы.
