使用Allegro A1262的空气间隙独立速度和方向传感

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由斯蒂芬•克兰兹
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介绍

的A1262集成电路是一种超灵敏的双通道霍尔效应锁存器。与传统的双通道锁存器一样，A1262的正交输出指示旋转环形磁铁目标的旋转方向和位置/速度。然而，它的独特之处在于它使用垂直霍尔技术来感知磁场方向和振幅。

A1262包含一个用于推导一个通道的常规平面霍尔元件和用于推导另一个通道的垂直霍尔元件。结果是A1262能够产生正交输出信号(≈90°相位差)，其中相分离在很大程度上与气隙、环磁铁尺寸或极间距无关。这为系统设计人员在选择环形磁铁及其相对于传感器的位置和方向方面提供了前所未有的灵活性。它的小(SOT23-5)包取代了一对传统的霍尔效应闩锁，节省空间和组件数量。

案例研究

本应用程序说明将重点介绍许多可能的系统配置中的两种。在这两种情况下，假设A1262LLHLT - T设备使用平面霍尔元件的Z传感方向，使用垂直霍尔元件的Y传感方向(见图1)。A1262的另一种版本A1262LLHLT - X - T也具有Z和X方向的灵敏度。关于A1262的详细信息可以在A1262数据表和其他相关的应用说明中找到。

图1:A1262传感方向

在这两种情况下，目标是一个铁氧体环磁铁具有相同的外形尺寸。在情形1中，磁体是多极环形磁体。在情况2中，它是一个直径磁化(1极对)环形磁铁(见图1)。

图一:环形磁铁

案例1:多极环形磁铁

在这种情况下，目标是一个环形磁铁，具有以下特点:

外径:13mm
内径:6mm
高度:4毫米
Pole-pairs: 4
材料:铁氧体Y10T, BR:≥0.2 T
磁化:径向

图2:案例1的机械配置

径向和切向磁场与外壳1环磁铁周围的气隙的关系如图3和图4所示。径向场分量激发A1262平面霍尔单元，并显示为Z方向。垂直霍尔元件响应于切向磁场;这显示为Y方向。

图3:径向b场多极环磁铁与气隙

图4:切向b场多极环磁铁与气隙

图5:径向/切向b场多极环磁铁与气隙

如图3和图4所示，两个通道的磁峰位置相对于另一个通道非常一致。气隙的变化很小。图5只显示了最小和最大气隙(分别为1.5和5.0 mm)的结果，更清楚地说明了这一点。

图6:A1262多极环磁铁OUTA(径向)与气隙

图7:A1262多极环磁铁OUTB(切向)与气隙

图6和图7显示了带有8极环磁铁的两个传感器输出的磁开关行为。考虑到A1262磁开关的正常变化和气隙的大变化，OUTA和OUTB的相位关系保持非常稳定。这种水平的气隙独立是独一无二的A1262。

如表1所示，两个输出的占空比都保持接近理想(≈50%)，与气隙无关。

表1:情况1的占空比与气隙

气隙 (毫米)	一工作周期 （％）	OUTB工作周期 （％）
1．5	49.71	49.83
2．0	49.77	50．00
2．5	49.77	49.60
3．0	49.71	49.83
3．5	49.71	49.88
4．0	49.54	49.83
4．5	49.88	49.48
5．0	49.65	49.71

案例2:直径环形磁铁

在这种情况下，目标是一个环形磁铁，与情况1的尺寸和材料相同，但只有一组磁极:

外径:13mm
内径:6mm
磁铁高度:4毫米
Pole-pairs: 1
材料:铁氧体Y10T, BR:≥0.2 T
磁化:直径的

图8:案例2的机械配置

图8显示了案例2的机械配置。径向和切向磁场与环形磁铁周围气隙的关系如图9和图10所示。径向场分量激发A1262平面霍尔单元，并显示为Z方向。垂直霍尔元件响应于切向磁场;这显示为Y方向。与情况1环形磁体一样，两个通道的磁峰位置相对于另一个通道非常一致。气隙的变化很小。图11只显示了最小和最大气隙(分别为1.5和5.0 mm)的结果，更清楚地说明了这一点。

图9:径向b场直径环磁铁与气隙

图10:切向b场直径环磁铁与气隙

图11:径向/切向b磁场直径环磁铁与气隙

图12和图13为采用单极对环形磁铁的两个传感器输出的磁开关行为。考虑到A1262磁开关的正常变化和气隙的大变化，OUTA和OUTB的相位关系保持非常稳定。

图12:A1262多极环磁铁OUTA(径向)与气隙

图13:A1262多极环磁铁OUTB(切向)与气隙

如表2所示，两种输出的占空比均保持近似理想的占空比(≈50%)，与气隙无关。

表2:情况2的占空比与气隙

气隙 (毫米)	一工作周期 （％）	OUTB工作周期 （％）
1．5	50.34	48.86
2．0	50.34	48.72
2．5	50.34	48.72
3．0	50.27	48.65
3．5	50.07	48.65
4．0	50.27	48.32
4．5	50.07	48.52
5．0	50.27	48.32

一致的频宽比

表3中的数据说明了气隙和环磁极间距对OUTA和OUTB信号的影响是多么小。

表3:占空比比较

环磁铁	气隙	一工作周期 （％）	OUTB工作周期 （％）
案例2	分钟。	50.34	48.86
	Max。	50.27	48.32
案例1	分钟。	49.71	49.83
	Max。	49.65	49.71
平均工作周期		49.99	49.18

每个信号的占空比仅在极距4:1和气隙>3:1的变化范围内变化很小。用户可根据机械方面的考虑自由选择环形磁铁尺寸;极节几乎可以任意选择，以得到每转所需的周期数。

相分离

OUTA和OUTB信号之间的相分离会随着气隙的变化而有所变化。这种行为与环形磁体构型无关，如图14和图15所示，分别对应于Case 1和Case 2磁体。

由于内部霍尔元件间距、气隙、磁体尺寸和材料的相互作用，多极壳1环形磁体的相位差约为4.0°(26.5°- 22.5°)，单极壳2环形磁体的相位差约为12°(102°- 90°)。

总相移的大小(图14和图15)取决于磁极的数量。对于给定尺寸的环形磁体，磁极数越大(磁极间距越小)，气隙对信号相位的影响就越小。

由于A1262内部的垂直霍尔元件和平面霍尔元件位于硅片上的位置不完全相同，所以OUTA和OUTB信号的相分离一般略大于90°。

这个信号相位与气隙的关系意味着相位可以作为系统气隙的指示。例如，它可以用来确认气隙是否在系统的设计范围内。

这种“气隙信号”可以通过测量恒定磁体转速下OUTA和OUTB的下降边缘之间的时间得到。测量的时间表示气隙距离，当气隙变大时，气隙距离增大。

图14:气隙多极环磁铁两个下降边的相位差

图15:气隙直径磁铁处两个下降边的相位差

观察结果/结论

如上所示，A1262的传统平面和垂直霍尔传感器的独特配置具有以下优点:

• A1262能够产生正交输出信号(≈90°相位差)，其中相分离在很大程度上与气隙、环磁铁大小或极间距无关。
• 系统设计者在选择环形磁铁及其相对于传感器的位置和方向方面具有前所未有的灵活性。
• 用户很可能能够选择一个标准的，现成的环形磁铁，选择提供所需的脉冲/转数。
• 较大气隙的限制因素可能是切向场强度(在这里显示的例子中是X或Y)，因为切向场强度通常低于径向场强度。
• OUTA和OUTB信号的相位关系可以作为气隙的指示。

测试电路

用于上述案例研究的应用程序电路是A1262数据表中所示的典型应用程序电路，并复制如下图16所示。

图16:典型应用电路

环磁源

Case 1和Case 2中使用的环形磁铁可从以下供应商获得，该供应商是Allegro和Sanken Semiconductors的分销商:

美得利有限公司
电子Vertriebs KG
Vor dem Kreuzberg
d - 72070图宾根,德国

电话:+49 7071 94440
传真+49 7071 45943
网络:www.matronic.com
电子邮件:info@matronic.de

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