对设计人员来说,令这个问题复杂化的是无时不在的成本和时间压力,以及各类工业和汽车应用的操作环境性质,它们可能会在化学品和油类以及温度和EMI等方面带来巨大的挑战。其他考虑因素还包括磨损和不断变化的配置,这要求传感器件具有一定程度的灵活性。本文将介绍角度传感器的作用,并展示如何使用磁输入和传感器元件的特定组合来自定义位置感测特性(例如速度和低延迟)。然后介绍AKM Semiconductor、Infineon Technologies和Monolithic Power Systems的传感器解决方案示例,并讨论它们的实现。
图2:设计人员可以根据多种设计考虑因素选择磁铁与传感器的相对位置,例如所需的抗外部磁场干扰能力和气隙公差。(图片来源:Monolithic Power Systems)不过,角度传感器可以支持广泛的空间配置和磁场强度,包括离轴或侧轴安装和轴端配置。为了帮助适应变化,使用片载非易失性存储器存储配置参数,例如参考零角度位置、ABZ编码器设置以及电机绕组的相位信息。接着,该器件能够检测各种磁场强度,从而使开发人员能够针对特定功能(例如诊断和轴向运动感测)定制角度传感器。获取可编程磁场强度阈值还有助于实现输出为两个逻辑信号的推挽按钮功能。不过,尽管速度、低延迟和分辨率等特性均依赖于应用要求,但安全性才是角度传感器设计的核心。功能安全标准合规性进一步证实了对汽车和工业设计环境的承诺,而这些环境对于准确性和可靠性的要求非常严格。
为了充分实现角度传感器的功能,以减少可闻噪声并优化电机的平滑度和扭矩,设计人员应仔细考虑以下关键参数:精度、速度、延迟、轴向错位和磁铁漂移。例如,尽管环境条件恶劣,但高精度读数对于汽车和工业环境至关重要。这使得热稳定性和气隙公差等因素对于角度传感器能否满足精度目标,同时不增加系统设计的成本和复杂性至关重要。为了以最低的成本满足此类要求,Monolithic Power Systems的MagAlpha磁性位置传感器MA302GQ-P、MA702GQ-P/Z和MA730GQ-Z可以安装在板的边缘,以用于轴端和侧轴(离轴)配置。在速度方面,凭借非接触式感测和12位分辨率绝对角度编码器,MA302传感器能够提供0rpm至60,000rpm的准确角度测量。MagAlpha MA730GQ-Z具有14位分辨率,并通过SPI链路提供数字读数(图6)。
图6:非接触式MagAlpha MA730GQ-Z具有14位分辨率,并通过SPI链路提供数字读数。(图片来源:Monolithic Power Systems)不过,针对慢速操作(例如转速保持在200rpm以下的人机界面 (HMI) 或手动控制),该公司还提供了MagAlpha MA800,这是一种数字磁传感器,旨在取代模拟电位计或旋转开关。它与直径2mm至8mm的磁化圆柱体一起使用,具有灵活的磁铁配置和形状。MA800具有较低的分辨率(8位),但具有片载非易失性存储器和可编程的磁场强度阈值。这些特性使其非常适合需要通过寄存器位以及输出信号来实现按钮读数的应用。