霍尔效应传感器支持实时工业应用

德州仪器公司（Texas Instruments）推出了TMAG5170，这是3D霍尔效应位置传感器新系列中的第一款设备，用于工厂自动化和电机驱动应用中的实时控制。该传感器被推广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，同时节约能源。

磁性传感器包括…在内霍尔效应传感器以及其他技术具有设计上的优点和缺点。一个限制是在获得极高精度和3D设备吞吐量之间的权衡。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。增强这两种方法中的一种通常很简单，但不能同时增强两者。

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大的吞吐量来增强这种关系。TI的位置传感产品市场和应用经理Steven Loveless表示：“这种更高的吞吐量会产生遗留效应，例如，当设备不需要全速运行时，功耗会大大降低。”。

自动化仓库机器人。（来源：TI）

位置传感器
位置传感在调节运动的高性能自动化系统中几乎是通用的，位置传感技术直接影响系统的成本和性能。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考虑的因素之一。使用霍尔效应线性多轴位置传感器的绝对位置测量应准确、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是，必须容易识别和监测在传感器周围的自由空间中移动的任何磁体。磁极周围的磁场通常是对称的，这意味着可以在许多位置产生相同的输入条件。为了正确识别绝对位置，该特征需要仔细设计，确保磁通密度的任何变化都可以用来区分磁体的运动。

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，同时收集数据以调节操作。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。

Loveless说：“在自动化中利用位置或运动反馈的系统本质上是非常动态的，它们必须快速有效地响应负载、速度和其他因素的变化。”。新的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在室温下提供了2.6%的全尺寸总误差，总误差漂移仅为3%，消除了对线端校准和芯片外误差补偿的需求，同时简化了系统设计和制造。该传感器支持高达20kSPS的测量，以实现高速机械运动的低延迟吞吐量。

它还消除了芯片外计算的需要，并通过包括诸如角度计算引擎、测量平均值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。无论传感器位置如何，TI表示，这些特性简化了设计并增强了系统适应性，从而实现了更快的控制回路、更低的系统延迟和更容易的软件开发。该传感器的集成计算功能还将系统的处理负载降低了25%，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，霍尔效应3D线性位置传感器监测电机轴的准确角位置，在评估反馈元件时直接影响系统带宽和延迟。通过使用能够进行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应用程序示例。（来源：TI）

在选择位置传感器（包括其电池或电源管理系统）时，功耗是一个关键因素。具有低功耗操作模式（如唤醒、睡眠和深度睡眠模式）的传感器通常用于电池供电系统或使用低功耗源的平台，以优化功耗与吞吐量。TI声称，TMAG5170的各种工作模式和采样率可将能效提高70%，从而在电池供电设备或照明使用模式的1至20 kHz采样范围内实现最佳功耗，而系统效率是关键因素。

磁性和机械设计还可以受益于使用具有可变磁灵敏度水平和温度校正选项的柔性3D线性霍尔效应传感器。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，位置传感器及其产生的数据的精度、速度、功率和适应性是关键的设计考虑因素。

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，EE时间.