使用Allegro角传感器的指南
使用Allegro角传感器的指南
西蒙·蒂玛（Simon Tima），斯泰芬·雷恩特（StéphaneRéant
亚博棋牌游戏Allegro Microsystems，LLC
介绍
在不同行业亚博尊贵会员中的许多应用，例如工业自动化和汽车传感器和执行器，都需要监视轴上或离轴排列中旋转轴的角度。该申请说明专门用于对轴上磁应用的审查。亚博尊贵会员
磁传感器集成电路（IC）通常用于执行此任务。本文档提供了基于圆形垂直厅（CVH）技术的角度传感器的准则，这是每种技术的核心Allegro角位置传感器在本文中提到。
任何角度测量系统的设计均基于特定应用的需求，例如气隙，准确性和温度范围以及传感器的性能。本文档提供了磁铁选择的介绍，并了解确定此类系统准确性的影响。
磁角度测量系统具有两个主要误差源：
- 传感器IC相关错误
- 磁输入相关错误
图1：角度测量错误及其起源
使用同质磁场在生产过程中测试和校准每个Allegro传感器。因此，在将传感器运送到客户之前，将固有的IC非线性和温度漂移降低到最低。有关温度漂移信息，请参阅产品数据表。
当在设计中使用磁铁时，磁输入很可能不是均匀的，并且在旋转范围内，场的强度可能不会恒定。这些是与导致系统中测量误差的磁输入有关的错误。
现场非线性和场强可能会导致系统的整体误差。两者都取决于磁体相对于感应元件的机械位置。在本文档的后面部分中，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感应
在笛卡尔坐标系中，传感器被视为参考，其包装表面平行于x/y平面。CVH传感器区域的中心定义为原点（0,0,0）。磁铁将围绕Z轴旋转。
理想情况下，磁铁旋转轴将垂直于X/Y平面，并且与原点没有偏移（0,0）。在下一节中，与原点的偏移将被称为“未对准”，换句话说，图2中的未对准为零。
图2：申请放置
磁铁和沿Z轴的传感器之间的距离通常称为气隙。请参阅图6：有关详细信息的气隙定义。
感应元素位置
磁场在典型磁铁的整个面上并不均匀。在应用的机械设计中，需要考虑磁敏感的CVH传感器的位置。CVH传感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中所示的双模设备包含两个并排布置中的两个相同的芯片。这允许使用非常紧凑的软件包大纲进行冗余。
图3：TSSOP-14软件包中的CVH传感器放置
图4：CVH传感器放置I TSSOP-24双模具包
磁选择
磁铁的选择不仅限于材料和大小的类型。对于任何系统设计，也有一些基本形状是一个很好的起点。在本文档后期部分中，选择了三个磁铁作为测量结果的示例。
图5：所选三个磁铁的尺寸比较
选择这些磁铁示例以提供基本准则。磁铁1图5中的A和B是专门为角传感器设计的，可从德国的Magnetfabrik Bonn GmbH公司获得。
磁铁C是具有紧凑尺寸的简单，直径的磁盘。表1列出了磁铁的一些特征。有关磁铁材料和形状的特定问题，请联系首选的磁铁材料供应商。
| 磁铁 | 一个 | 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 |
| 作品 | 硬铁氧体 + PA6 | NDFEB + PA11 | NDFEB + PA11 |
| 最高连续工作温度2 | 160ºC | 140ºC | 140ºC |
| 温度系数 | -0.19％/k | -0.12％/k | -0.12％/k |
| 制造过程 | 注射成型 | 注射成型 | 注射成型 |
参数定义
气隙
在谈论磁场传感器时，可以使用两个不同的气隙定义：包装气隙和晶体空气间隙。
图6：气隙定义
包装气隙
包装气隙定义为传感器外壳顶部和磁铁最近面之间的距离。
水晶气隙
晶体空气间隙定义为传感器外壳中的传感元件与磁体最近面之间的距离。
在本文档中，气隙定义为晶体气隙。感应元件在包装的顶部表面以下0.36毫米。请参阅图6。
角度误差定义
角度误差是通过传感器设备测量的磁体的实际位置和磁体位置之间的差。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（请参阅图7）。
E =α传感器- α真实的
图7：角度误差和准确性错误定义
准确性错误定义
在本文档中的进一步下，角度误差显示为未对准的函数。为此，有必要引入单个角度误差定义以进行完整旋转（请参阅图7）。一个完整旋转上的“汇总”角误差定义为角度精度误差，并且根据以下公式计算：
角精度误差=（E最大限度- e最小） / 2
换句话说，这是偏离0至360度之间的完美直线偏差的幅度。
平均磁场和气隙依赖性
系统设计的第一步是为应用程序气隙选择合适的磁铁。通常，气隙在2到4毫米的范围内。图8显示了图5中所示的磁体的磁场作为气隙的函数。
默认情况下，修剪了许多Allegro角度传感器，以在300高斯（30 mt）下提供最佳性能。但是，与其他角度传感器不同，可以专门修剪Allegro传感器，以实现700高斯（70吨）以上的田间强度。请联系Allegro代表有关特定场强度修剪的其他信息。
图8：关于三个磁铁的气隙的磁铁场
图9至11显示了Allegro的角度精度错误A1334当用参考磁铁测试时IC。在每个气隙，将磁铁旋转一个完整的转弯，并计算了角度精度误差。
图9：磁铁A，角精度误差与气隙
图10：磁铁B，角精度误差与气隙
图11：磁铁C，角精度误差与气隙
表2总结了最佳气隙。
| 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），角精度误差都受气隙影响。在校准气隙中，即磁场强度等于校准场强度（300 g）的距离。请注意，图9至11中的尺度不同。
对未对准的容忍度
由于机械放置公差，CVH传感器不会总是完美地放置在磁铁的中心。为了了解这种未对准如何影响测得的角度的准确性，每个磁体的直径相对于其直径进行了不同的未对准测试。
这些图显示了许多测量结果的结果。气隙设置为校准气隙（请参阅图9至11）。根据其尺寸，磁铁距离X/Y原点最多±1.5 mm。在X/Y平面的每个点上，为完整的转弯计算了角精度误差，并以颜色显示。比较图时，图12至14，请注意刻度有所不同。
图12：磁铁A在4 mm气隙处的角度精度误差
图13：3.5毫米气隙时磁铁B的角精度误差
图14：2 mm气隙处磁铁C的角精度误差
测量错误的摘要
这些图为以下问题提供了答案：
- 一定的磁铁并给定机械放置公差可以预期什么精度？
- 给定的准确性和机械耐受性应使用什么磁铁？
- 给定的磁铁和准确性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 mm | ±0.25毫米 | ±0.1 mm |
| 1º | ±0.75毫米 | ±0.65毫米 | ±0.5 mm |
为了证明在不同空气间隙处的耐受性，在2个不同的空气间隙下，磁铁B在X和Y轴上的±1 mm的未对准映射。图15和16表明，对未对准的耐受性仅随气隙而略微变化。
图15：3.5毫米气隙时磁铁B的角精度误差
图16：磁铁B在4.5 mm气隙处的角精度误差
可重复性
角度读取的重复性取决于磁场输入的强度。高输入场改善了信号与噪声比。将其应用于磁性传感器意味着在紧密的空气间隙中最好的重复性是最好的。图17显示了不同磁铁的100个角读数的标准偏差。根据应用程序中平均值的可能性，此错误可能可以忽略不计。
图17：磁体A，B和C与气隙的标准读数的标准偏差4
结论
尤其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宝贵解决方案。亚博尊贵会员其他功能，例如线性化，诊断功能和冗余，还支持高安全性应用程序，例如汽车转向系统。亚博尊贵会员
角度传感器的磁路设计是一项复杂的任务，需要考虑许多影响参数。本文档显示了磁铁选择，机械公差和对轴上应用的准确性要求之间存在的一些相互依赖性。亚博尊贵会员
请联系Allegro代表对于剩下的任何问题或支持。
1Magnetfabrik Bonn产品参考号：67.043-2和67.043-1。
2最大工作温度由磁铁材料和形状确定。超过这些等级可以在有限的持续时间内耐受。与供应商联系以选择适当的磁铁以进行应用温度剖面。
3请联系Allegro，以获取300个高斯以外的特定输入范围的可用选项。
4测量为每个气隙完成了100个时间（默认模式下的设备1个示例的设备）。
最初出版设计新闻，2015年1月。