【应用】瑞萨电感式位置传感器IPS2550：旋转变压器xEV替代传统旋转变压器的最佳选择

时间： 2022-03-12 来源：Renesas

技术问答

瑞萨电子（RENESAS）致力于为客户提供应用了电感式位置传感器 IPS2550的面向xEV的逆变器解决方案。近年来，由于各国的碳中和战略，燃油动力汽车正逐渐被电动汽车取代。2021年11月在英国举行的COP26会议上，20多个成员国同意在2040年实现无燃油车。因此，没有人能够阻挡新能源汽车时代的到来。未来会有越来越多的人进入到新能源汽车的研发以及制造领域。

本文介绍一款所有xEV开发者都无法拒绝的产品。那就是电动汽车中不可缺少的车载位置传感器「电磁感应式传感器IPS2550」。无法拒绝的理由只有一个：便宜且易于使用。

电磁感应式位置传感器IPS2550是基于瑞萨电子的电磁感应位置检测技术，根据线圈的电磁感应原理检测目标金属的位置。

IPS2550是基于电机轴设计的，可以通过将传感器中的扇区数与电机中的极对数相匹配来优化角度精度。IPS2550可对应的最高转速高达600,000rpm（电角度），并且可实现比其他位置传感器更高的精度。比一般旋转变压器的精度高约2至3倍。

■ 高精度≤0.1% full scale（理想线圈）

■ 最大对应转速高达600,000rpm（电角度）

由于IPS2550是根据线圈的电磁感应原理检测目标金属的位置，因此不受电机类型和形状的限制，可以灵活应对所有贴装方式。

关于IPS2550位置传感器的构成请看下图，只需要金属扇叶、PCB和半导体。而像旋转变压器等机械产品则需要有相当的制造经验以及高精度的设备来制造，这对于想内置化的位置传感器来说无疑是个不小的难题。相比较而言，IPS2550只需要一块PCB、一个金属扇叶和芯片，并不需要特殊的制造设备，就可以轻松制造IPS2550位置传感器。

对于各位xEV开发人员，瑞萨会用一直以来的经验提供线圈设计的全方位技术支持（从概念设计到线圈数据）。包括系统分析和可行性研究、线圈设计、进行优化和线圈的Gerber数据等。瑞萨还为xEV开发人员提供各种设计示例CRB（客户参考板目录）作为参考。

当使用传统旋转变压器作为xEV的位置传感器时，需要将旋转变压器本体固定到电机上，并将其连接到电机轴上，再使用连接器将其连接到控制板，而且还需要在控制板上增加励磁电路。而使用IPS2550时，只需如下图所示配置即可。因此，IPS2550的BOM数的成本与旋转变压器相比，可降低30％或更多。

应用IPS2550的xEV逆变器解决方案

在该解决方案中，不但具有面向xEV、输出规格可达到100kW、而容积仅仅只有3.9L令人惊艳的尺寸大小的逆变器，而且通过利用IPS2550进行了更高精度的角度位置检测，达到更低的成本，更容易实现内制化的设计。同时我们还在高压逆变器环境下对位置传感器的抗噪性进行了验证。在逆变器中主要使用的半导体均为瑞萨自己的产品，它们有IPS255、微控制器RH850/C1MA2、IGBT/FRD、光电耦合器等。瑞萨不但可以提供半导体，而且我们还可以提供硬件系统的设计和软件系统的设计三个领域的全方位的技术支持。以下是该解决方案的系统框图：

系统的易用性

瑞萨不但提供用于评测的示例软件、还会提供上述线圈设计示例以及支持线圈设计过程从而达到支援客户进行早期市场投放。

通过该解决方案：

■ 寻找更高精度的位置传感器

■ 内制化最适合的位置传感器

■ 削减位置传感器的成本

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产品型号	品类	CTR 档位	CTR Min(%)	CTR Max(%)	CTR @IF	CTR @Vce	Vce	Viso @1min	封装	框架
QX814A-CUL-D	晶体管光电耦合器	A	50%	150%	±1mA	5V	80V	5000Vrms	DIP4	Cu

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QX2010-CUH-D	可控硅光电耦合器	15mA	250V	100nA	2.5V	250μA	5000Vrms	Halogen Free	Cu	DIP5

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QX6N135-CUH-D	高速光电耦合器	1Mbps	7%	50%	30V	1.5μs	1.5μs	5000Vrms	Halogen Free	Cu	DIP8