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用于燃油电平传感的霍尔传感器

用于燃油电平传感的霍尔传感器

使用Hall效应传感器IC的燃油电平传感器- Allegro MicroSystems

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作者：Shashank Wekhande和Ranjit Farakate，
Avantgarde Solutions PVT。有限公司，
Allegro MicroS雷竞技竞猜下载ystems，LLC顾问

Abstract

霍尔式燃油液位传感器集成电路是为汽车应用提供高可靠性和精确的燃油液位传感而开发的。线性和角度传感器集成电路的应用线圈为基础的和数字集群指标介绍了本应用说明。雷竞技最新网址

Introduction

所有汽车中使用燃油电平传感器（FL）以指示燃料水平。各种方法用于测量燃料水平，例如电阻膜，离散电阻，电容和超声波。基于电阻的传感器最常用于此应用。这些传感器机械地连接到浮子，该浮点数根据燃料水平向上或向下移动。随着浮动移动，传感器的电阻变化。该传感器是燃料表显示电路的电流平衡电路的一部分，其通常由用于致动显示针的线圈组成。随着燃料传感器的电阻改变，针的位置与在线圈中流动的电流成比例。图1中示出了一种基于电阻的杂物。

基于电阻接触的传感器的缺点是由于传感器元件内部的滑动接触导致传感器磨损。磨损会导致传感器寿命缩短。

Figure 1: Typical Fuel Level Sensing Arrangement
Figure 1: Typical Fuel Level Sensing Arrangement

本文介绍了使用基于霍尔的传感器IC的方法进行FLS应用的非接触式感测。雷竞技最新网址

基于非接触霍尔传感器的FLS

霍尔传感器IC通常感测通过IC的磁场。对于燃料感测应用，必须安装直径磁体，使得其旋转运动与浮动运动成比例。此外，传感器还需要安装在磁铁附近。与其他非接触式传感器技术相比，这更简单地采用改装。可以密封磁铁以保护其免于燃料内的降解。即使燃料被污染，传感操作也不会受到影响。

Hall Sensor IC Options for FLS

Allegro为FLS应用提供了各种选项，以满足精度，线性，输出接口和成本。雷竞技最新网址

  1. 线性大厅-Effect Sensor
    线性霍尔效应传感器集成电路具有与绝对磁场成比例的输出信号。集成电路的输出电压随磁场的变化而变化。
  1. PWM输出：PWM输出提供了更好的抗噪声等优点。这些类型的传感器适用于基于跨线圈的簇。

  2. 模拟电压:In digital clusters, often a microcontroller is used to interface with the LCD and sensor output. An analog input voltage from the sensor is given to the ADC input of the microcontroller. These ICs operate from either a 3.3 V or a 5 V supply and ratiometric to the supply.

两点编程提供磁铁和气隙变化补偿。Allegro还提供多点编程，以适应不均匀的坦克几何形状。

  1. 角度厅传感器
    角度传感器是基于磁场绝对角度的测量。这消除了由于磁铁和气隙变化引起的误差。

    1. PWM输出：PWM.output ICs offer advantages such as better noise immunity and direct connection to the vehicle battery.

    2. 模拟电压:集成电路提供与角度成比例的模拟输出电压。


表1:Allegro MicroSystems提供的用于燃雷竞技竞猜下载料传感的传感器

传感器 输出 Technology 可编程性 Accuracy Cost
A1356 PWM. 线性大厅 灵敏度+ QVO偏移 更好 低
A1377 模拟电压 线性大厅 灵敏度+ QVO偏移 更好 中等
A1330型 Analog + PWM 角厅（CVH） Gain + Short Stroke + Zero Offset + Clamp + Averaging + Rotation 最好的 低
A1338型 PWM. 角厅（CVH） 零偏移+平均+旋转 最好的 High

油箱建筑

油箱结构因汽车型号而异。一些具有规则几何结构的储罐会导致体积与浮子成线性角。对于这样的坦克，只有两点编程就足够了。均匀燃油箱的示例及其特性如图2所示。

图2：均匀的燃料箱和特性
图2：均匀的燃料箱和特性

然而，大多数燃油箱的容积与浮子的夹角是不均匀的。一个典型的非均匀水箱及其特性如图3所示。对于这些类型的坦克，多点
programming in the IC is required for output signal linearization.

图3：非均匀油箱和特性
图3：非均匀油箱和特性

用于基于线圈的簇的模拟液体线性PWM霍尔传感器

这是低成本应用中最常用的FSU。交叉线圈布置如图4所示。线圈的一侧直接连接到蓄电池上，另一侧通过雷竞技最新网址串联传感器连接到蓄电池上。当两个线圈中的电流相同时，线圈复位到正常位置。传感器电流变化时，指针偏离正常位置。这种安排提供了取消电池电压变化。由于热效应，传感器电流与针角之间不是线性的。

图4：用于燃油油位传感的典型交叉线圈总成
图4：用于燃油油位传感的典型交叉线圈总成

这个A1356 IC.提供系统级比率（输出，根据电源电压调整）输出解决方案，具有最小的组件。A1356采用内部反向电池保护。该IC提供两点磁场编程，可调节偏移和灵敏度。这允许4至18V补偿磁体，线圈和制造空气隙公差。

基于A1356的FSU的应用电路如图5所示。

图5：将A1356的PWM输出转换为电流的电路
图5：将A1356的PWM输出转换为电流的电路

这个RC filter of R2 and C2 converts PWM output of the A1356 to a proportional analog voltage. MOSFET Q1 converts this voltage to a current output suitable to drive the coil.

图6：燃油传感器总成上霍尔传感器和磁铁的布置
图6：燃油传感器总成上霍尔传感器和磁铁的布置

磁铁选择对这个程序不是很重要lication. NdFeB or ferrite magnets are suitable for this application. For better repeatability, magnets with tighter tolerances should be used.

用于本申请的磁体是图7中所示的直径类型的磁体（圆形），其装配在浮子的枢轴上，传感器放置在磁体表面上，磁体表面具有2毫米的气隙，如图6所示。磁铁取向和线性霍尔传感器定位如图8所示。

图7：直径磁铁（圆形）
图7：直径磁铁（圆形）


图8：直径磁体的定位（附接到浮动）和传感器
图8：直径磁体的定位（附接到浮动）和传感器

实验结果

Figure 9 shows linear coil current with respect to float angle. Coil current changes with supply voltage and is inherently non-linear due to self-heating thermal effects.

图9：浮动角度与线圈电流
图9：浮动角度与线圈电流

基于单片机集群的数字FLS线性模拟霍尔效应传感器

这个A1377是一个可编程线性霍尔效应传感器，它提供与磁场成比例的模拟输出电压。A1377提供4.5和5.5 V输入电源电压的比率输出。使用接口ADC使用的群集中的5 V电源供电A1377。基于线性模拟LaLleffect传感器的数字FLS如图10所示。

这个A1377 provides two-point magnetic field programming to adjust offset and sensitivity. This allows users to compensate for magnet, coil, and manufacturing air gap tolerances.

图10：使用A1377的基于线性模拟霍尔效应传感器的数字FLS
图10：使用A1377的基于线性模拟霍尔效应传感器的数字FLS


实验结果

图11显示了相对于浮子的线性输出电压角度输出电压是线性的超过50度的浮动角位移。
Figure 11: Float Angle vs. Output Voltage
Figure 11: Float Angle vs. Output Voltage

Figure 12 shows the A1377 linear sensor and magnet placement on the fuel sensor assembly.
图12:A1377线性传感器和磁铁在燃油传感器总成上的布置
图12:A1377线性传感器和磁铁在燃油传感器总成上的布置

基于单片机集群的数字FLS角霍尔传感器

线性传感器由于气隙或磁铁漂移而产生误差。线性角度传感器也适用于60度角位移。角度传感器提供宽角度位移测量，输出电压与气隙和绝对磁场无关。A1330是一种360°角度传感器IC，基于磁圆形垂直霍尔（CVH）技术提供非接触式角度位置。基于角度霍尔传感器的数字FLS如图13所示。此应用程序使用径向磁铁。

Programmable parameters include zero offset to provide flexible magnet placement and short angular displacement for full dynamic range.

图13：使用A1330的基于角度霍尔传感器的数字FLS
图13：使用A1330的基于角度霍尔传感器的数字FLS

实验结果

A1330具有浮动角度的输出电压如图14所示，具有6mm×3mm直径磁体。结果显示线性输出电压超过75度的位移，其与气隙无关。

图14：浮子角与输出电压
图14：浮子角与输出电压

图15显示了A1330角度传感器IC和磁铁在燃油传感器总成上的位置。
Figure 15: Arrangement of A1330 Angle Sensor and Magnet on the Fuel Sensor Assembly
Figure 15: Arrangement of A1330 Angle Sensor and Magnet on the Fuel Sensor Assembly

对于电池供电的FLS，使用A1330的非比例版本，并在燃油传感器组件中提供本地LDO。

A1330的PWM输出版本可用于数字FLS，以获得更好的抗噪性。

表2：各种可编程霍尔传感器选项的比较

传感器 应用 Pros Cons
A1356线性传感器
(PWM)		 线圈为基础
Analog FLS		 更好的抗噪性，电池电压的比例输出，偏移
和灵敏度编程补偿磁铁和气隙
制造过程中的公差。		 磁铁方向至关重要
装配过程中。输出错误
磁场漂移。
A1377 Linear Sensor
（模拟）		 Digital FLS 偏移和灵敏度编程补偿磁铁和气隙
制造过程中的公差。		 磁铁方向至关重要
在装配过程中，输出错误
磁场漂移。需要5 V.
供应。
A1330型Angle Sensor
(Analog + Ratiometric)		 Digital FLS 输出电压与气隙和绝对磁场无关，
flexible magnet placement, short angular displacement for full
动态范围，SMD包装。		 需要5 V群集。
A1330型Angle Sensor
（模拟+非
比率法）		 Analog FLS 输出电压与气隙和绝对磁场无关，
Flexible magnet placement, short angular displacement for full
动态范围，SMD包装。		 Needs LDO for 5 V supply.
A1330型Angle Sensor
(PWM)		 Digital FLS 输出电压与气隙和绝对磁场无关。
Flexible magnet placement, short angular displacement for full
动态范围，更好的抗噪性，SMD封装。		 需要5 V电源从集群或
我愿意。

Conclusion

Hall-based fuel level sensing offers reliable non-contact fuel measurement for automotive applications. Allegro offers a wide range of Hall sensors suitable for different FLS systems. All the sensors use simple diametric magnet and offers programming to achieve a linear output signal, even with asymmetric fuel tank shapes.

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testing of the final product to insure that it is reliable and meets all design requirements.