Ring Magnet Speed Sensing for Electronic Power Steering

由Dan Dwyer，主要系统工程师

Proper control of Electric Power Steering (EPS) systems requires both speed and direction information from the steering input shaft. This control will typically come from both high-resolution speed information and fairly coarse position information.

图1.典型的EPS系统

双多极环磁铁可以与霍尔效应双输出开关和锁存器一起使用，以提供所有所需信息。图2示出了具有交替北极和南极的高分辨率外圈的磁铁的构造以及交替极的低分辨率内圈。

为了确定rotatin的方向g magnet, a single Hall-effect sensor IC is utilized, with dual outputs from two separate bipolar Hall elements (A and B). ( Refer to figure 3. ) Because the two Hall elements are situated a distance apart on the surface of the IC, there is a phase lag in the signals generated by the rotating magnet.

图2.双分辨率环磁体

图3.带双输出的环形磁铁，双极霍尔效应装置

利用适当的磁极间距，所得到的输出信号（图4中的元件A和元素B）处于正交，并处理以提供两个状态方向信息。在该示例中使用的设备的元素到元素间隔（双输出双极开关）为1.5mm。最佳磁极间距在元件B中提供元件A和零信号的峰值信号。该间隔对应于在交替极之间的尺寸大约等于3.0mm，或者6mm。

图4. A1230的正交输出

为了获得绝对位置信息，必须从单独的霍尔效应锁存传感器IC的输出生成状态机。在双元件装置的一对信号中引起的相同相位延迟可以通过适当的封装放置在单独的包装中由装置引导。如果两个设备包放置在与磁极的周期对应的相对角位置，则两个IC的输出将完全相同。但是，如果封装间距为1.25×（T / 2），其中T是磁极时段，则输出将处于正交状态。这将适用于此期间的任何倍数，例如2.25×（T / 2），3.25×（T / 2）或4.25×（T / 2）。

To generate a matrix of device outputs that provide a cascading phase delay, each device must be placed at an increasing fractional multiple of the magnet pole period. For instance, to get three devices with cascading outputs, device #1 can be placed in any location, device #2 can be placed 1.33×(T/2) from device #1 and device #3 can be placed 1.67×(T/2) from device #1.

D.epending on the package size and magnet size, however, it may not be possible to the place the device packages very close together. This restriction is not a problem if the magnet poles are fairly consistent. With a repeatable magnetic profile, the fractional portion of the multiplication factor is the only pertinent value for establishing package placement. Using the previous example of three sensor ICs, the desired cascading output can be realized with a position of 1.33×(T/2) for device #2 and 2.67×(T/2) for device #3. See figure 5.

图5.三个A1220设备的矩阵

通过三个交替的北极和南极对的粗磁曲线，使用三个单独的霍尔效应锁存器提供了六个谨慎的状态组合（A到F），每个磁铁革命重复三次。如果控制器可以跟踪给定包装所在的120°区域中的哪一个，则系统位置分辨率为20°。该矩阵的好处是能够检测逻辑从未发生的两个故障条件（LLL和HHH）。请参见图6和表1。

图6.. State Diagram for Three Latch Devices

Table 1. State Diagram for Three Latch Devices
角度位置 (°)	设备＃1	设备＃2	设备＃3	Zone
0 - 20	L.	H	H	一种
20 - 40	L.	H	H	B.
40 - 60	L.	H	L.	C
60 - 80	H	H	L.	D.
80 - 100	H	L.	L.	E.
100 - 120.	H	L.	H	F
120 - 140	L.	L.	H	一种
140 - 160	L.	H	H	B.
160 - 180	L.	H	L.	C
180 - 200	H	H	L.	D.
200 - 220	H	L.	L.	E.
220 - 240	H	L.	H	F
240 - 260	L.	L.	H	一种
260 - 280.	L.	H	H	B.
280 - 300	L.	H	L.	C
300 - 320.	H	H	L.	D.
320 - 340	H	L.	L.	E.
340 - 360	H	L.	H	F
德恩	L.	L.	L.
德恩	H	H	H

替代解决方案

Allegro™还提供了双输出双极开关的互补设备。A3423内部处理来自两个霍尔元素的输出信号，并提供两个单独的信号，分别表示速度和方向。A3423的使用使得不必具有外部处理电路，否则将需要建立数字方向值。

建议的allegro设备

表2.建议的Allegro设备
Allegro部件号码	Temperature 范围	Package Types	磁带和卷轴可用的	Comments
A1212	e，l	LT，UA	是的	敏感闩锁
A1214	e，l	L.H, UA	是的	敏感闩锁
A1220	e，l	L.H, UA	是的	非常敏感的闩锁
A1221.	e，l	L.H, UA	是的	敏感闩锁
A1230	e，l	K，L.	是的	双输出双极开关

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