一站式传感器解决方案

来源:荣格

发布时间:2018年9月7日下午 03:09:07

随着电子产品领域的快速发展,其对传感技术的灵敏度和可扩展性的要求愈发严苛: 越来越多的物理性能需要依赖传感器进行检测和测量,这对传感器的数量和精度都提出了更高的要求。与此同时,各行业对传感器技术的要求也日益提高。

随着电子产品领域的快速发展,其对传感技术的灵敏度和可扩展性的要求愈发严苛: 越来越多的物理性能需要依赖传感器进行检测和测量,这对传感器的数量和精度都提出了更高的要求。与此同时,各行业对传感器技术的要求也日益提高。

无论是智能汽车、智能电网,还是智能家居行业:针对未来的物联网和工业4.0市场,以及现有的汽车和工业应用领域,TDK集团提供了各种高性能传感器及其解决方案,产品系列覆盖温度、压力、电流和磁场,及其位置、角度、加速度等变量的测量应用。

温度传感器:种类最为齐全

温度测量传感器在电子设备领域随处可见。除简单的温度计测量以外,它们还广泛用于开环和闭环过程控制,以及保护重要系统的临界温度检测系统,比如电动车驱动装置。

特殊陶瓷的负温度系数(NTC)热敏电阻亦可用于测量温度,这些陶瓷的电阻会随温度的升高而降低。TDK集团能根据客户要求的特性曲线和电阻值,生产适用于各种应用场合的定制NTC热敏电阻。

该系列温度传感器采用陶瓷混合物以及将引线和涂层结合使用的混合材料制成,经久耐用,且具备卓越的长期稳定性。只有保证这些材料的最佳匹配,才能实现恒定的传感器参数,确保长期测量精度。鉴于此,爱普科斯(EPCOS)温度传感器采用特殊的环氧涂层或直接封装在玻璃器皿中。基于IEC 60068-2-67标准要求(在85℃,相对湿度为85%的条件下,持续 1000小时)测试结果显示,相比于25℃条件下,该传感器的电阻变化不超过2%。



广泛应用的NTC热敏电阻:NTC热敏电阻具有多种结构设计,其中很多都是按照客户要求定制的型号,可满足不同的设备、装置以及系统的应用要求。不同的型号,其传感器外壳和端子配置都有所不同。可广泛应用于家用电器、工业和汽车领域。

此外,TDK集团推出的高精度爱普科斯(EPCOS)NTC传感器元件解决方案,其测量温度最高可达650℃。650℃高温传感器基于玻璃封装的高温陶瓷,其陶瓷载体与焊片相连。此NTC传感器元件的测量精度很高,当温度为200℃时,测量公差不超过1 K。高温传感器符合AEC-Q200 标准的要求,适用于各类车载电子设备,例如废气再循环系统。在电气驱动装置中,传感器还能监测燃料电池的温度。此外,这些传感器还广泛应用于家用电器领域,比如具有催化清洁功能的烤箱。

利用NTC片状热敏电阻提供嵌入式温度保护:变频器IGBT模块的工作效率必须尽可能高,因此其运行温度通常不得超过最大限值。为防止半导体损坏,必须精确监测其工作温度。TDK集团研发的一种基于晶圆的爱普科斯(EPCOS)NTC片状热敏电阻可直接插入到IGBT模块中。此外,该元件无需使用特殊焊片将其焊接到半导体衬底,能显著节省空间。对于晶圆型NTC热敏电阻,电气端子的配置至关重要,因为不同于传统SMD(表面安装)型元件,其端子位于元件的上下表面而非侧面。常规半导体工艺使得下端子与半导体衬底直接紧密接触。上端子采用常规的接合方式。温度为100℃时,热敏电阻公差仅为±1.5K,且确保IGBT 模块在无限靠近性能极限的温度下工作,而无需过早降额,从而显著提高了模块的工作效率。这种NTC热敏电阻解决方案同样适用于新一代半导体如SiC半导体。



作为补充的多层NTC和PTC热敏电阻:除单层热敏电阻外,TDK集团还针对温度测量应用推出了采用SMD设计方式的爱普科斯(EPCOS)多层NTC热敏电阻,以及根据特性曲线斜率大小命名的PTC(正温度系数)热敏电阻。多层NTC热敏电阻安装在印刷电路板上,主要用于监测热敏半导体;而PTC热敏电阻主要用于测量温度限值,比如集成在电机绕组中以检测绕组是否过热。

压力传感器:从芯片到系统

精确测量压力大小是许多工业过程自动化的先决条件,尤其是在工业4.0概念引入后,其重要性更加突出。与此同时,业界对压力传感器的需求不断上升,尤其是在汽车行业。单个传动系统需要多达20个压力传感器,包括内燃机和排气系统,以最大限度减少燃料消耗,同时满足日益严苛的排放要求。

无论是小型传感器芯片(元件)的研发制造,还是封装型应用压力变送器和定制压力变送器(系统),TDK集团可提供各种基于压阻原理的压力传感器元件。这些元件精度高,其物理原理为:在宽泛的工作范围内,不同压力会在线性压阻材料(硅)上产生相应的阻值变化。

为实现此目的,小型传感器芯片包含了四个集成在弯曲薄片上的压电阻片,后者采用惠斯通电桥连接方式,输出与压力成正比的模拟电压。TDK集团能可提供尺寸仅为0.65x0.65mm的微小元件,或厚度仅为0.24mm的超薄元件。



为实现最佳的机械稳定性,芯片通常安装在玻璃基板上,可用于测量绝压和差压。作为元件设计的附加选项,玻璃基板背面的金属化焊接方式有助于元件更好地粘合到衬底或实现元件背面钝化。此外,由于采用了改进的腐蚀保护措施,接合焊盘上还可镀金。

汽车应用领域的不二之选:基于传感器元件(芯片),压力变送器(系统)在制造时采用了ASIC执行校准和信号调制。在工业应用中,这种方式支持典型的0.5V至4.5V电压或4mA至20mA电流输出信号。同理,SENT(单边半字节传输协议)数字接口还能集成到汽车应用领域中,比如TDK MiniCell®系列压力变送器。特别是在汽车领域,压力传感器必须能耐受废气或燃料等腐蚀性介质。因此,MiniCell系列专门设计了不锈钢膜,为电子元器件和敏感元件提供保护。压力通过膜与芯片之间所填充的油介质传递。得益于其出色的金属封装外壳,这些MiniCell变送器在EMI屏蔽方面相当出色。



TDK集团提供的通用型和定制型传感器系统采用特殊塑料外壳,以及适用于不同压力和数据线的端子配置,广泛用于各种应用,比如柴油微粒过滤器监测。在工作过程中,烟尘颗粒的累积会堵塞过滤器,从而导致废气压力升高,此时压力传感器会检测这一现象,并实时启动过滤器再生。随后通过短暂升温和持续供氧,颗粒过滤器就能被清洁。TDK集团专门研发的用于监测和控制燃油箱压力的耐油污的压力传感器,可测量燃油管路压力,以实现燃油泵的最佳节能控制。

磁传感器:全系列解决方案

TDK电流传感器基于高性能的TDK铁氧体材料,在能源管理系统和工业4.0应用中起到关键性的作用。例如,特殊的电流传感器型号可应用于电流范围为30A至600A的严苛应用环境中。

TDK齿轮齿传感器则具有高灵敏度,不仅有助于提高车辆燃料喷射系统的工作效率,还能改善发动机的性能。此外,TMR角度传感器也同样重要。钳式交流传感器CCT系列的新600A产品“CCT406393-600-36”可满足楼宇、工厂、仓库、社区的能源管理系统(EMS)的大电流传感需求。

在各种磁阻效应中,TMR角度传感器具备高输出电压、低温漂和高精度等特性。TDK TMR角度传感器符合ASIL-D的要求,广泛适用于电动辅助转向系统或制动系统等安全应用场合。



当电源电压为5V时,差分输出电压最高可达3V,使其能直接馈入带集成模拟数字转换器(ADC)的微型控制器中。由于无放大器、电阻和电容器元件,信号调制所需的结构元件的数量显著减少。鉴于业界对功能安全性的要求不断提高,这将大大简化传感器的监测系统,并形成巨大的竞争优势。



根据ISO26262标准的要求,TMR传感器可应用于符合ASIL-D(汽车安全完整性等级D,最高安全要求)要求的系统中。因此,它们可用于电动辅助转向装置和制动装置等安全应用场合。TMR传感器的另外一个突出特点是超高的角度测量精度,并且可以对角度进行调节。根据磁场强度,在整个车辆寿命周期(17年)和温度范围(-40℃至175℃)内,残余角度误差将小于0.2度。

霍尔传感器:汽车电子业的多面手

霍尔传感器与永磁体相互结合,可测量转速、角度、转向、油箱液位、压力、扭矩或电流等诸多变量。与其它技术相比,霍尔传感器的优点包括:密封性好,不会受到灰尘、污染物或水的影响;不直接接触待测物体,无磨损,可靠性极高。霍尔开关:当磁体靠近传感器时,需要将测量的磁场强度与阈值进行比较。一旦超过阈值(开关点),传感器输出端的开关状态将会发生改变,并显示单极性、双极性或锁存开关行为,具体视传感器的型号而定。

TDK集团提供两款Micronas开关:带可编程功能的HAL 10xy和预先设定工作点HAL 15xy 系列开关。其中HAL 15xy系列主要应用于汽车领域,符合ISO 26262标准的功能安全要求。该开关采用TO92或SOT23封装方式,包括3线式或2线式版本。后者带电流源输出,因此仅需两根电导线即可。典型应用是终点位置检测和转速测量。



线性霍尔效应传感器:路径测量或旋转运动测量需要用到结构更加复杂、具有线性输出特性的Micronas线性霍尔传感器,该传感器能输出与磁场强度成比例的信号。这种信号可以是模拟输出电压、脉宽调制信号(PWM)或SENT协议输出。TDK产品系列包括四种可编程的线性霍尔传感器系列,这些传感器的输出特性可通过多达32个的标定点Direct angle sensor 进行线性化处理,从而可完全对磁体或机械设计公差进行补偿。

最新一代的Micronas HAL 24xy传感器具有诊断功能,专为长达40mm的精确距离测量而设计,其最大测量角度高达180°。HAR 24xy传感器非常适合有较高安全等级要求的线控驱动应用场合,并可提供冗余功能。典型应用包括磁场测量以及作为易磨损的常规电位计的替代方案。在车载应用场合中,线性霍尔传感器在踏板位置或转向力矩检测方面的应用效果非常理想。

直接角度传感器:线性传感器(1D)仅测量绝对磁场强度,而直接角度传感器(2D)还能捕获磁场矢量。Micronas HAL 37xy系列传感器采用3D-HAL封装技术,具有相当高的测量精度。HAR 37xy是HAL 37xy系列的双芯版本,其典型应用领域包括高精度磁场定位测量如长达40mm的直线运动和360度全角度测量。

惯性传感器:高精度定位

TDK集团最新推出的Tronics GYPRO3300为紧凑型MEMS陀螺仪设定了新的标杆,这种陀螺仪能对三维角度变化进行测量。GYPRO®系列传感器包括一个MEMS芯片和集成在坚固的30引脚陶瓷封装外壳内部的IC芯片。得益于卓越精度和稳定性,Tronics GYPRO®惯性传感器非常适合严苛的位置和角度测量应用。

凭借在单芯解决方案的卓越性能表现,Tronics GYPRO3300的尺寸仅为19.6mmx11.5mmx3.7mm。因此,这种MEMS陀螺仪可用于极端严苛的应用,例如石油钻井平台、飞机导航、航姿和航向参考系统(AHRS)稳定性,以及先进的驾驶员辅助系统(ADAS)。紧凑型MEMS惯性传感器基于高度集成的Tronics Magellan工艺技术,在单个芯片内部可对多达6个轴进行测量。

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