使用Allegro角传感器的指南
使用Allegro角传感器的指南
By Simon Tima，StéphaneRéant，Loïc·梅斯姐，andreas friedrich，
雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems，LLC
介绍
不同行业的雷竞技最新网址许多应用，例如在工业自动化和汽车传感器和致动器中，需要监测旋转轴的角度在轴上或轴外布置。此应用笔记专门用于审查轴上的磁性应用。雷竞技最新网址
磁传感器集成电路（ICS）通常用于执行此任务。本文档提供了基于圆形垂直大厅（CVH）技术的角度传感器的指导，这是每个核心Allegro角位置传感器在本文中提到。
任何角度测量系统的设计基于特定应用的需要，例如气隙，精度和温度范围，以及传感器的性质。本文档提供了磁体选择的介绍以及对确定这些系统的准确性的影响。
磁角度测量系统有两个主要的错误来源：
- 传感器IC相关错误
- 磁输入相关错误
图1：角度测量误差及其起源
使用均匀磁场在生产过程中测试和校准每个Allegro传感器。因此，在传感器运送给客户之前，本征IC非线性和温度漂移变为最小。有关温度漂移信息，请参阅产品数据表。
当在设计中使用磁体时，磁性输入很可能不是均匀的，并且场的强度在旋转范围内可能不会恒定。这些是与磁输入相关的错误，导致系统中的测量误差。
场非线性和场强可以有助于系统的整体误差。两者都依赖于磁体相对于感测元件的机械位置。在本文档的后期部分中，非线性将被描述为准确性错误（请参阅下面的准确性错误定义）。
机械尺寸的定义，X / Y感测
在笛卡尔坐标系中，传感器被认为是参考，其包装表面平行于X / Y平面。CVH换能器区域的中心定义为原点（0,0,0）。磁铁将围绕Z轴旋转。
理想地，磁铁旋转轴线将垂直于X / Y平面，并且不会从原点（0,0）偏移。在下一节中，从原点偏移将被称为“未对准”，换句话说，图2中的错位为零。
图2：应用程序安置
磁体和传感器沿Z轴之间的距离通常称为气隙。有关详细信息，请参阅图6：气隙定义。
传感元素位置
磁场在典型磁体的整个面上不均匀。在应用的机械设计中需要考虑磁敏CVH换能器的位置。CVH换能器的敏感区域在每个Allegro角度传感器IC的数据表中定义。
图4中所示的双模装置在侧面布置方面包含两个相同的芯片。这允许使用非常紧凑的包装轮廓冗余。
图3：CVH传感器放置在TSSOP-14封装中
图4：CVH传感器放置I TSSOP-24双模包
磁性选择
磁铁的选择不仅限于材料和尺寸的类型;还有一些基本形状，它是任何系统设计的良好起点。选择了三个磁体作为本文档的后面的部分中的测量的示例。
图5：所选三个磁铁的尺寸比较
选择这些磁铁实施例以提供基本指导。磁铁1图5中的A和B专为角度传感器而设计，可从德国的公司MagnetFabrik Bonn GmbH获得。
磁铁C是一种简单的直径磁化的盘，具有紧凑的尺寸。表1列出了磁铁的一些特性。有关磁铁材料和形状的具体问题，请联系首选磁铁材料供应商。
| 磁铁 | 一种 | B. | C |
|---|---|---|---|
| 直径 | 18毫米 | 9毫米 | 6毫米 |
| 高度 | 2.5毫米 | 2.5毫米 | 4毫米 |
| 材料 | Sprox 13/21 P. | Neofer 48/60 | Neofer 25/60 |
| 组成 | 硬铁氧体+ PA6 | NDFEB + PA11 | NDFEB + PA11 |
| 最大连续工作温度2 | 160ºC. | 140ºC. | 140ºC. |
| 温度剩余系数 | -0.19％/ k | -0.12％/ k | -0.12％/ k |
| 制造过程 | 注塑成型 | 注塑成型 | 注塑成型 |
参数定义
气隙
谈论磁场传感器时，可以使用两个不同的气隙定义：包装气隙和晶体气隙。
图6：气隙定义
包装气隙
封装气隙被定义为传感器壳体顶部与磁体的最近面之间的距离。
水晶气隙
晶体气隙定义为传感器壳体中的传感元件与磁体的最近面之间的距离。
在本文件中，气隙定义为晶体气隙。感测元件在包装的顶部表面下方0.36mm。请参阅图6。
角度错误定义
角度误差是由传感器装置测量的磁体的实际位置与磁体的位置之间的差异。通过读取传感器输出并将其与高分辨率编码器进行比较来完成此测量（参见图7）。
E =α.传感器- α.真实
图7：角度误差和精度错误定义
准确性错误定义
在本文档中进一步下降，将角度误差显示为未对准的函数。为此目的，有必要引入全旋转的单个角度误差定义（参见图7）。一个完全旋转的“总结”角度误差定义为角度精度误差，并且根据以下公式计算：
角度精度误差=（e最大- E.闵）/ 2
换句话说，它是从0到360度之间的完美直线的偏差的幅度。
平均磁场和气隙依赖性
系统设计的第一步是为应用气隙选择合适的磁铁。通常，气隙的范围为2至4mm。图8示出了作为图5所示磁体的气隙的函数的磁场。
默认情况下，修剪许多Allegro角度传感器以提供300高斯（30吨）的最佳性能。然而，与其他角度传感器不同，Allegro传感器可以专门修剪超过700高斯（70 mt）的场强。请联系ANAllegro代表有关特定场实力修剪的其他信息。
图8：关于三个磁体的气隙的磁体场
图9至11示出了Allegro的角度精度误差A1334用参考磁铁测试时的IC。在每个气隙处，磁体旋转一个全转，并计算角度精度误差。
图9：磁铁A，角度精度误差与气隙
图10：磁体B，角度精度误差与气隙
图11：磁铁C，角度精度误差与气隙
表2总结了最佳空气隙。
| 磁铁A. | 磁铁B. | 磁铁C. | |
|---|---|---|---|
| 气隙 | 4毫米 | 3.5毫米 | 2毫米 |
在所有三种情况下（磁铁A，B，C），角度精度误差受气隙的影响。在校准气隙中实现了最佳结果，即磁场强度等于校准场强（300g）的距离。请注意，图9至11中的尺度不同。
对未对准的宽容
由于机械放置公差，CVH换能器不会总是在磁体的中心处完美地放置。要了解这种未对准如何影响测量角度的准确性，每个磁体都经过不同的未对准，相对于其直径。
该图显示了多种测量的结果。将气隙设定为校准气隙（参见图9至11）。根据其尺寸，磁铁距X / Y原点距离最高±1.5毫米。在x / y平面中的每个点处，计算完整的转弯并以颜色显示的角度精度误差。比较图，图12到14，注意尺度不同。
图12：磁铁A的角度精度误差为4毫米气隙
图13：磁体B的角度精度误差为3.5 mm气隙
图14：磁体C的角度精度误差为2 mm气隙
测量误差摘要
该地块提供以下问题的答案：
- 某个磁铁和给定机械放置容差可以预期哪些准确性？
- 什么磁铁应该用于给定准确性和机械耐受性？
- 给定的磁铁和精度允许什么机械耐受性？
| 角度精度 | 磁铁A. | 磁铁B. | 磁铁C. |
|---|---|---|---|
| 0.5º | ±0.5毫米 | ±0.25毫米 | ±0.1毫米 |
| 1º | ±0.75毫米 | ±0.65毫米 | ±0.5毫米 |
为了证明在不同的空气间隙下对未对准的耐受性，磁体B在X和Y轴上的±1mm的未对准，在2个不同的空气间隙上映射。图15和16表明对未对准的耐受性仅略微存在气隙。
图15：磁体B的角度精度误差为3.5 mm气隙
图16：磁体B的角度精度误差为4.5 mm气隙
重复性
角度读数的可重复性取决于磁场输入的强度。高输入字段提高了信噪比的信号。将其施加到磁传感器意味着重复性最佳在近距离空气间隙。图17显示了不同磁体的100个角度读数的标准偏差。根据应用中的平均可能性，此错误可能是可忽略不计的。
图17：磁铁A，B和C与气隙的角度读数的标准偏差4.
结论
特别是在苛刻的汽车或工业环境中，磁角传感器已被证明是传感器和执行器应用的有价值的解决方案。雷竞技最新网址其他功能，如线性化，诊断功能和冗余，也支持高安全性关键应用，例如汽车转向系统。雷竞技最新网址
角度传感器的磁路的设计是一个复杂的任务，需要考虑许多影响参数。本文档显示了磁磁选择，机械公差和轴上应用程序的准确性要求之间存在的一些相互依赖性。雷竞技最新网址
请联系ANAllegro代表对于任何剩余的问题或支持。
1MagnetFabrik Bonn产品参考编号：67.043-2和67.043-1。
2最大工作温度由磁体材料和形状决定。可以容忍超过这些评级以进行有限的持续时间。联系供应商，为应用温度曲线选择合适的磁体。
3.请联系Allegro以获取300除高斯以外的特定输入场范围的可用选项。
4.测量为每个空气隙完成100次（默认模式下的设备1个样品每读）。
最初发表在设计新闻，2015年1月。