霍尔效应传感器支持实时工业应用

德州仪器 (TI) 推出了全新 3D 系列中的第一个霍尔效应位置传感器旨在工厂自动化和电机驱动应用中的实时控制。

德州仪器 (TI) 推出了 TMAG5170，这是全新 3D 霍尔效应位置传感器系列中的首款器件，用于工厂自动化和电机驱动应用中的实时控制。该传感器被宣传为提供集成功能和诊断，以最大限度地提高设计灵活性和系统安全性，同时节省能源。

磁性传感器，包括霍尔效应传感器和其他技术，具有设计优点和缺点。一个限制是在获得极高的精度和 3D 设备吞吐量之间进行权衡。例如，稳定的传感器不会响应温度、环境条件甚至磁场的变化而漂移。增强这两种方式中的一种通常很简单，但不能同时增强。

TI 表示其 TMAG5170 3D 霍尔效应位置传感器旨在通过提供高精度和更高的吞吐量来增强这种关系。 TI 位置传感产品营销和应用经理 Steven Loveless 表示：“这种更高的吞吐量具有结转效应，例如在不需要器件全速运行时的低功耗运行。

自动化仓库机器人。 （来源：TI）

位置传感器
位置感测在调节运动的高性能自动化系统中几乎是通用的，位置感测技术直接影响系统成本和性能。传感器精度、速度、功率和适应性是选择最佳位置传感系统时要考虑的因素。使用霍尔效应线性多轴位置传感器的绝对位置测量应该准确、快速和可靠。结果是精确的实时控制。

部署 3D 霍尔效应传感器时的一个关键考虑因素是，任何在传感器周围自由空间中移动的磁铁都必须易于识别和监控。磁极周围的磁场通常是对称的，这意味着可以在多个位置产生相同的输入条件。为了正确识别绝对位置，该功能需要仔细设计，确保可以利用磁通密度的任何变化来区分磁铁的运动。

实时控制
在智能工厂中，高度自动化的系统必须在集成的制造流程中运行，同时收集数据以规范运营。为了提供实时控制以提高效率并减少停机时间，自动化设备需要 3D 位置传感技术。

“在自动化中利用位置或运动反馈的系统通常是非常动态的，它们必须快速有效地响应负载、速度和其他因素的变化，”Loveless 说。新型 TI 传感器旨在更精确地测量这些动态条件，“并帮助系统更快地响应这些实时变化，”他补充道。

TI 表示其 TMAG5170 在室温下提供 2.6% 的满量程总误差，总误差漂移仅为 3%，无需下线校准和片外误差补偿，同时还简化了系统设计和制造。该传感器支持高达 20 kSPS 的测量，以实现高速机械运动的低延迟吞吐量。

它还消除了对片外计算的需要，并通过包括角度计算引擎、测量平均以及增益和偏移校正等功能来实现可变传感器和磁体方向。 TI 表示，无论传感器放置如何，这些特性都可以简化设计并增强系统适应性，从而实现更快的控制回路、更低的系统延迟和更轻松的软件开发。该传感器的集成计算能力还可将系统的处理负载降低多达 25%，从而使工程师能够使用通用微控制器（如 TI 的低功耗 MSP430TM MCU）降低成本。

在下图中，电机轴的确切角位置由霍尔效应 3D 线性位置传感器监控，在评估反馈元件时直接影响系统带宽和延迟。使用具有高带宽读数的传感器可以提高反馈回路的整体速度，从而提高系统性能。

TMAG5170 应用示例。 （来源：TI）

在选择位置传感器（包括其电池或电源管理系统）时，功耗是一个关键考虑因素。具有低功耗操作模式（例如唤醒、睡眠和深度睡眠模式）的传感器通常用于电池供电的系统或使用低功耗电源的平台，以优化功耗与吞吐量的关系。 TI 声称，TMAG5170 的各种工作模式和采样率可将能效提高多达 70%，从而在 1 至 20 kHz 采样范围内为电池供电设备或系统效率较低时的轻型使用模式实现最佳功率使用一个关键的考虑因素。

磁性和机械设计还可以从使用具有可变磁灵敏度水平和温度校正选项的灵活 3D 线性霍尔效应传感器中受益。随着自动化系统越来越多地与人类一起运行，安全性和改进的诊断在防止设备停机和提高制造质量方面变得越来越重要。因此，位置传感器及其生成的数据的精度、速度、功率和适应性是关键的设计考虑因素。

>> 本文最初发表在我们的姊妹网站 EE Times。

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