La detección magnética avanzada es esencial para ofrecer los vehículos del futuro
A medida que los vehículos modernos se vuelven cada vez más sofisticados con un contenido electrónico que crece cada año, y se reemplazan más sistemas mecánicos con alternativas eléctricas, se resuelven algunos desafíos y se crean otros. En los vehículos eléctricos y en los vehículos convencionales con sistemas eléctricos, la medición del flujo de corriente en múltiples áreas es cada vez más importante, al igual que la capacidad de detectar con precisión la posición de muchas partes móviles que son esenciales para el funcionamiento seguro del vehículo. A medida que la industria se aleja de soluciones electromecánicas engorrosas y poco fiables, el magnetismo y el Efecto Hall se encuentran en el corazón de muchas soluciones de medida y posicionamiento.
Sin embargo, muchas implementaciones solo son efectivas en un solo plano, mientras que otras son susceptibles a los muchos campos magnéticos que hay en un vehículo moderno. En este artículo técnico, Melexis analizará cómo se está utilizando el magnetismo en los vehículos modernos para proporcionar una medición simple, fiable, precisa y segura de la corriente y la posición, con un breve vistazo a los últimos dispositivos que han llegado al mercado. En los últimos años, los vehículos eléctricos (VE) y los vehículos eléctricos híbridos (VEH) han comenzado a convertirse en una realidad. Las cifras del ICCT (International Council of Clean Transportation) lo confirman; mientras que en 2010 el mercado mundial de vehículos eléctricos fue insignificante, en 2015 se vendieron más de 500.000 coches eléctricos y las ventas continúan aumentando. Incluso con los vehículos tradicionales de motor de combustión interna (ICE), la electrificación está teniendo un gran impacto, ya que muchos sistemas anteriormente mecánicos e hidráulicos están siendo reemplazados por versiones eléctricas más limpias, más ligeras, más eficientes y fiables. A medida que los vehículos se vuelven más sofisticados, los sistemas informáticos como la unidad de control del motor (ECU) controlan más la funcionalidad. Sin embargo, para poder trabajar con precisión, necesitan poder detectar los parámetros clave de funcionamiento del vehículo.
Para muchos de los sistemas eléctricos principales como la batería, los motores y las bombas), es necesario conocer el flujo de corriente. La ECU también necesita conocer la posición de los dispositivos mecánicos, como el cuerpo del acelerador, la palanca de cambios o el freno de estacionamiento para poder gestionar el vehículo correctamente. Si bien existen muchos métodos para medir la corriente y la posición, el uso del magnetismo y los principios del Efecto Hall, proporcionan un enfoque sin contacto fiable y simple para este desafío de ingeniería.
Tecnología de detección de corriente
Los métodos convencionales para detectar la corriente son relativamente complicados y, a menudo, involucran un transformador de corriente en el que el circuito debe romperse para poder insertar el transformador de medida. Incluso la detección de efecto Hall convencional no es sencilla, ya que los sensores de efecto Hall tradicionales miden la corriente perpendicular a la superficie del dispositivo. Esto requiere un núcleo ferromagnético con huecos para proporcionar ganancia magnética y alinear el campo magnético para que el sensor pueda medirlo. Sin embargo, el núcleo también limita el rendimiento de este enfoque. La geometría y el material seleccionados pueden afectar la saturación y la histéresis, así como la respuesta de frecuencia y la deriva térmica de la solución. Los sensores IMC-Hall® basados en semiconductores pueden medir la corriente directamente debido al concentrador magnético integrado (IMC). El IMC está hecho de un material magnético amorfo con una permeabilidad muy alta y una histéresis muy baja. Este convierte el campo magnético externo paralelo a la superficie del chip localmente, en un campo perpendicular que es detectado por los elementos Hall convencionales. La combinación del IMC con los sensores Hall proporciona una mayor sensibilidad magnética en comparación con los enfoques convencionales.
Tecnología de detección de posición
Muchos sensores tradicionales de efecto Hall son solo sensibles al flujo magnético perpendicular al CI. Si bien estos dispositivos se pueden usar para aplicaciones como la detección de la posición del pedal del acelerador, la detección del selector de marchas y otras aplicaciones de proximidad en un entorno de automoción, puede ser necesario desarrollar estructuras magnéticas personalizadas complejas (y por lo tanto costosas) para lograr la medición deseada. Los sensores Triaxis® tienen una tecnología magnética innovadora que permite la medición de tres componentes de flujo magnético en un solo CI mediante el uso de un IMC. Usando los tres componentes magnéticos, se pueden crear sensores bidimensionales o tridimensionales que detectan movimiento giratorio (ángulo), lineal (carrera) o tipo joystick.
Tecnología de detección magnética
El Melexis MLX91208 es un CI sensor de corriente monolítico que emplea tecnología Triaxis® Hall calificada en la industria automotriz y, debido a la IMC integrada, ofrece una sensibilidad muy alta. Alojado en un pequeño encapsulado SOIC8, el MLX91208 puede medir corrientes desde unos pocos amperios hasta 1000 amperios. El dispositivo altamente programable y configurable ofrece un tiempo de respuesta corto de 3 μs y un ancho de banda desde CC a 250 kHz. La característica de transferencia lineal se puede programar y se puede seleccionar una salida analógica radiométrica. El dispositivo es adecuado para muchas aplicaciones de detección de corriente en automoción y puede formar el corazón de un fusible inteligente. El MLX90371 es otro sensor monolítico que proporciona una detección de posición absoluta basada en la tecnología Triaxis® Hall.
El dispositivo incluye un componente magnético, un convertidor de señal analógico a digital, un DSP para procesamiento avanzado de señales y un controlador de etapa de salida. La tecnología Triaxis® tridimensional facilita la detección sin contacto de la posición rotativa o lineal absoluta de cualquier imán en movimiento con una salida analógica o PWM. Una segunda versión (el MLX90372) ofrece una salida SENT (SAE J2716) o PWM. El MLX90371 es compatible con ASIL-B y el MLX90372 es compatible con ASIL-C. Ambos dispositivos están disponibles en un encapsulado DMP (Dual Mold Package) sin PCB que les permite integrarse directamente en pequeños conjuntos de sensores sin la necesidad de una PCB.
Uno de los desafíos críticos en las aplicaciones modernas de vehículos es la capacidad de detectar con precisión las posiciones de los imanes, con los altos niveles de campos magnéticos dispersos que están presentes, debido al alto nivel de electrificación, especialmente en VE y VEH. Al medir un gradiente de campo magnético, el MLX90371 y el MLX90372 son intrínsecamente insensibles a los campos dispersos de hasta 4kA / m (o 5mT), que satisfacen las necesidades de la mayoría de las aplicaciones automotrices. Un beneficio adicional es que esto permite el uso de imanes más pequeños y de menor coste, lo que lo convierte en una solución elegante en aplicaciones automotrices con limitaciones de espacio y coste. El MLX90372 también incluye un pin adicional, que permite que sensores externos (como la temperatura o la presión) se integren en el bus SENT, lo que reduce la complejidad del sistema.
Resumen
La detección efectiva, precisa y fiable de las corrientes y la posición es esencial para el vehículo moderno. Con una detección magnética cada vez más popular por su capacidad de ofrecer detección sin contacto, los avances recientes como el IMC patentado de Melexis, así como su tecnología patentada Triaxis® permitirán a los ingenieros resolver los desafíos de diseño en aplicaciones de automoción.
