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为了提高电机控制性能,将功率逆变器和高性能位置、电流检测环路用于功率反馈级是必须的,否则电机性能和效率很难提高。位置和速度编码器反馈正是工业设备提升性能的关键一环。编码器——提供准确的反馈信息众所周知,将变频电压作用域使用脉冲宽度调制的电机,可以实现对电机的开环速度控制,在逆变器处于稳态或缓慢变化的动态条件下,工况也是比较平稳的。很多相对要求不高的应用会使用这种开环的速度控制,不需要编码器,设计相对简单,成本也更低。但是开环控制需要严格的瞬态响应来让电机同步,而且开环控制的缺点也很明显,因为不存在内部的反馈,对速度的控制精度很有限,而且此后操作者对受控对象的变化便不能做进一步的控制,无法优化电流控制来提高电机效率。如果仅仅是低性能的控制,那么开环比却可以胜任为了提高设备效率,闭环反馈被引入进来。在闭环反馈控制中,存在由输入到输出的信号前向通路,也包含从输出端到输入端的信号反馈通路,两者组成一个闭合的回路。自动控制建立在闭环反馈之上。那如何提供这个闭环反馈信号,答案是编码器。现在应用在高精度位置编码信号链的编码器解决方案非常多。光学传感器、旋变器、线性可变差动变压器(LVDT)和磁传感器(AMR、GMR、TMR、霍尔)等都有相应的应用。这些器件的应用,为驱动器提供了位置信号,驱动器基于这些反馈信号保证电机优良的速度、转矩输出性能。从低到高分辨率的编码器选择一般来说,最高分辨率的编码器使用光学技术的编码器,而中高分辨率的编码器使用磁或光学传感器(磁越来越多)。中低分辨率编码器使用旋变器(旋转变压器)或霍尔传感器。现在磁性编码器的应用很常见,但是要说需要最高分辨率的应用,光电式对比电磁式无疑拥有更高分辨率而且结构更紧凑。光电编码器的精度和分辨率和码道的直接相关,增加码道分辨率和精度就越高。不过码道的增加和光电检测、通孔加工等一系列高精核心技术相关,难度很高。在中高分辨率的应用中,随着磁编码器技术的发展,磁编码的应用已经成为主流。磁编码在以往很多利用光学编码器的应用里展现出了更耐用的特性,很多厂商有专用的感应芯片和解码芯片,为编码器提供ASIC级整体解决方案。不论是AMR、GMR还是TMR都已经能提供极精准且快速响应的位置传感,最普通的霍尔也是性价比很高的选择。在中低分辨率应用里,旋转变压器是很常见的选择,虽然其分辨率上限没有那么高,但是在很多环境相对严苛的工业应用里,它倍受青睐。因为旋转变压器在极端环境条件(如高温以及冲击和振动)下非常可靠,独有的优势也让其应用非常稳定。
编码器——提供准确的反馈信息
从低到高分辨率的编码器选择
近日,中国科学院近代物理研究所材料研究中心报道了基于核径迹技术的可穿戴柔性多孔汗液传感器。近期,相关研究成果以Wearable and Flexible Nanoporous Surface-Enhanced Raman Scattering Substrates for Sweat Enrichment and Analysis为题,发表在《美国化学学会应用纳米材料》(ACS Applied Nano Materials)上。监测人体物理和化学信号,对疾病预防特别是慢性疾病至关重要。然而,对人体进行高效、连续、实时和无创检测目前仍是挑战。汗液携带的物质与人体的生理状态密切相关,因此对这些生物标记物实现准确、实时检测和分析的重要途径是开发无创、可穿戴式汗液传感器。科研人员借助兰州重离子研究装置(HIRFL),通过在离子径迹蚀刻聚碳酸酯(PC)膜上原位合成金纳米星(AuNSs),制备了一种可穿戴纳米多孔柔性SERS基底用于汗液富集和分析。由于基底具有纳米多孔结构,能够有效地快速收集分析物,在10-4到10-13M的分析物浓度范围内表现出良好的信号重现性和均匀性,并可从收集的汗液中给出乳酸和尿酸等物质信息的变化。与其他柔性光学汗液传感器相比,该汗液传感器结合了灵活性、纳米多孔性和等离子体效应的特点,并具备长期稳定性和良好的机械性能,且可重复利用以降低使用成本。这一新型可穿戴基底将为汗液传感技术开辟新途径,有望在未来个人健康实时监测中发挥重要作用。研究工作得到国家自然科学基金的支持。可穿戴汗液传感器示意图及人体真实汗液测试(图/桂小钰)
作为高效、智能、集成新型半导体的领军企业,比亚迪半导体股份有限公司成立于2004年10月,以车规级半导体为核心,产品全面涵盖新能源汽车核心应用领域,同时积极拓展工业、家电、新能源、消费电子等方面的半导体业务。该公司总部位于深圳,并在济南、长沙、宁波、西安、扬州等地设有研发及制造基地。作为国家级高新技术企业,比亚迪半导体斩获多个奖项,曾荣膺2019年“中国汽车工业科学技术进步奖”一等奖、2020年“国家科学技术进步奖”二等奖以及2021年“广东省科技进步奖”二等奖等,还多次荣获工信部“中国芯”称号及《麻省理工科技评论》50家聪明公司名单等荣誉。比亚迪半导体业务板块较为丰富,涵盖功率半导体、智能控制IC、智能传感器、光电半导体以及制造与服务,致力于电子、光、磁信号感知、处理及控制,产品种类繁多,如车规MCU、家电MCU、BIC、锁控MCU、指纹识别传感器、图像传感器、IPM模块、IGBT芯片模块、SiC功率器件、电源管理芯片等。值得一提的是,比亚迪半导体凭借BF5823AM48/BF5885AM64智能锁锁控MCU+智能锁指纹识别产品成功打入市场,指纹识别芯片及模组BF5142A-S/BF5162A-S/BF5835R-S/BF5021A0/BF5012A0/BF5012B0也备受好评。而碳化硅功率MOSFET产品BSK080S120则因其出色表现将于IC风云榜“年度市场突破奖”竞争中占得先机。日益蓬勃发展的智能门锁行业,对于锁控MCU集成度提出更高要求。比亚迪半导体的BF5823AM48/BF5885AM64三合一、四合一芯片因集成MCU控制、触摸按键、RFID、语音播放功能等优势,成为众多智能门锁厂商优选方案。其自主专利算法驱动的指纹识别芯片产品全面覆盖智能门锁、箱包锁、安全支付等领域,并已通过赛宝认证、公安三所等专业认证机构认证,深受市场青睐。针对汽车应用,比亚迪半导体推出BSK080S120这一碳化硅功率MOSFET产品,以先进碳化硅MOSFET技术为基础,具有开关速度快、寄生电容小、阻断电压高、开通电阻低等优点。该产品适应性广,主要应用于电动车充电、DC-AC转换器、高压DC/DC变压器等领域。目前,比亚迪唐、宋、元、秦、腾势、海豹等多款车型均有搭载。
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