創新背後的故事：改寫電流感測技術之路

重點內容：

• TMCS2100 是 TI 首款專為電動車牽引逆變器設計的多軸無磁芯霍爾效應電流感測器，可在不犧牲電流測量準確度的情況下，完擺脫對磁芯的需求。
• 與測量單一方向電流周圍磁場的傳統無磁芯電流感測器不同，TMCS2100 可同時量測兩個方向的磁場，因此能降低對振動的敏感度，並對物理位移具備更高的容忍度。
• 這款全新的多軸無磁芯霍爾效應電流感測器，解決了牽引逆變器設計中長期存在的權衡難題：在無磁芯化的同時維持精密電流感測，能減少馬達相位間串擾與扭力漣波，進而提升續航里程，讓駕乘體驗更平順。
• TMCS2100 是由 TI 的 Kilby 實驗室和 TI 感測團隊合作開發，讓車廠無需在晶片尺寸與重量上作任何犧牲，即可達到絕佳精密度；這款產品還能整合至體積更小、效率更高的牽引逆變器中。

多年來，設計電動車牽引逆變器的數千名工程師，無不被同一個棘手難題所困擾，甚至深感挫敗。

牽引逆變器若要達到精準的馬達控制，離不開精確的電流量測。因此長期以來，工程師始終面臨著魚與熊掌不可兼得的兩難：磁芯固然能帶來所需的電流量測準確度，卻也為整體設計增添重量與體積。一旦去除磁芯，單單車身振動就足以破壞電流量測的精準度。

TI 工程師團隊不甘於接受這樣的設計兩難；相反地，他們將這個挑戰視為推動創新的契機。

TI 感測產品副總裁暨總經理 Jason Cole 表示：「客戶的需求非常明確，他們希望牽引逆變器中的電流感測解決方案，能同時做到無磁芯與極致精準。」為了開發出解決方案，TI 感測業務團隊與 TI 旗下的先進技術研發核心 Kilby 實驗室合作。Kilby 實驗室專門攜手各技術部門，一同挑戰並突破當前業界尚未有明確解法的工程難題。

將技術挑戰轉化為解決方案

TI 從一開始就與兩位正面臨牽引逆變器權衡難題的車用工程師合作，將實際的設計限制帶入專案之中。設計師的核心提問成為 TI 的研發起點：無磁芯解決方案能否在無需做出工程師長期接受的妥協之下，依然提供牽引逆變器所必須具備的準確度？

Kilby 實驗室的系統經理 Lei Ding 表示：「最理想的情況，是能有幾位可緊密合作的核心夥伴。這樣就能建立起敏捷團隊，迅速打造產品原型並驗證構想，進一步推動技術的演進與升級。」

這項合作奠定了專案最初的發展方向。早期的概念設計仰賴外部微控制器進行事後的量測誤差修正。但 Kilby 實驗室與感測團隊在深入交流後，決定挑戰更高難度的目標：開發出一款能在晶片內部直接修正量測誤差的感測器。

從那時起，專案便朝著全新的方向邁進。TI 的工程師沒有選擇在原有的初版設計上做微幅修改，而是重新定義感測器該如何在牽引逆變器中進行電流量測。

團隊很快將原型送至客戶位於德國的實驗室，並花了三天時間，在感測器實際會面臨的各種情況下進行測試，包括不同的電流位準、頻率與調變模式。

有時，這些測試會引發更多問題。例如，如果放在真實系統中，這些測試結果是否依然經得起考驗？但有趣的是，不確定性變成了研發流程的一部分，而非某種警訊。

Kilby 實驗室的程序開發工程師經理 Dok Won Lee 表示：「我們不去找那些容易過關、能證明想法成功的簡單案例；相反地，我們反其道而行，專挑最容易讓它出錯的極限條件來發難。這樣做能讓最快試出答案。」

然而，有一個問題不斷浮現。現有無磁芯感測器大多只能量測單一方向的電流磁場。但如果感測器能在兩個方向同時進行量測呢？

共同打造更智慧的感測器

在此之前，市面上從未出現過既能處理複雜電流量測，又能捕捉訊號多軸物理特性的解決方案。TI 工程師深知，若要減少影響準確度的非預期干擾，就必須採用多軸感測器設計。

這種多軸感測器設計打破了業界長期存在的妥協難題：透過量測兩個方向的磁場，降低感測器對振動的敏感度；同時，多軸量測能力讓磁場感測更精準可靠，進一步提升裝置對物理位移的容忍度。更高的精密度能減少馬達相位間串擾與扭力漣波（即影響電動車續航里程與乘坐平順度的頓挫現象）。

Dok Won 說：「這真的非常有成就感，因為我們挑戰的絕非易事。」「這是一場『高風險、高回饋』的豪賭，過程中充滿許多不確定因素，隨時都可能讓研發走向死胡同，但我們還是成功推進到商品化階段了。」

這項多軸感測技術最終成功商品化，推出專為牽引逆變器打造的 TMCS2100 多軸無磁芯霍爾效應電流感測器。

TI HEV/EV 與動力系統事業部總經理 Jerry Shi 表示：「這只是我們創新藍圖的一角。我們的客戶將能以此為基礎，開創出更突破性的應用。裝載於車輛後，這款裝置能讓車廠擺脫體積與重量的妥協限制，輕鬆達到極致精密度；同時更能完美導入更小巧、更高效的牽引逆變器中。」

回顧 TMCS2100 的開發歷程，在無數次的評估、修改與重新調整中，專案或許曾轉過無數個彎；但這段旅程最終歸於同一個終點。

Jason 表示：「我們是一群為工程師而創新的工程師。我們的目標不只是理解客戶的痛點，更是要與他們攜手共創出超越想像的解決方案，而這項技術，就是這份精神的最佳證明。」