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作者 Dan Dwyer，首席系統(tǒng)工程師
圖 1.典型 EPS 系統(tǒng)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)向輸入軸提供速度和方向信息。這種控制通常需要高分辨率的速度信息和相對(duì)粗略的位置信息。
采用雙列多極環(huán)形磁鐵，以及由霍爾效應(yīng)雙路輸出開關(guān)和鎖存器組成的開關(guān)矩陣，以提供所需的全部信息。圖 2 顯示了具有雙分辨率的環(huán)形磁鐵結(jié)構(gòu)，其中包括南北磁極交替排列的高分辨率外環(huán)和低分辨率內(nèi)環(huán)。
為確定旋轉(zhuǎn)磁鐵的方向，需要使用單獨(dú)的霍爾效應(yīng)傳感器 IC，以及兩個(gè)分開的雙極霍爾元件（A 和 B）的雙路輸出。（ 參閱圖 3 ）由于兩個(gè)霍爾元件在 IC 表面分開放置，所以旋轉(zhuǎn)磁鐵產(chǎn)生的信號(hào)中存在相位滯后。
圖 2.雙分辨率環(huán)形磁鐵
圖 3.裝有雙路輸出雙極霍爾效應(yīng)器件的環(huán)形磁鐵
只要正確設(shè)置磁極間距，就能確保產(chǎn)生的輸出信號(hào)（圖 4 中的元件 A 和元件 B）處于正交狀態(tài)，并能輕松處理，以提供雙態(tài)方向信息。在該實(shí)例（雙路輸出雙極開關(guān)）中，所用器件內(nèi)的元件間距是 1.5 mm。最佳磁極間距可在元件 A 中提供峰值信號(hào)，并在元件 B 中提供零信號(hào)。該間距對(duì)應(yīng)的尺寸約等于交替磁極之間的 3.0 mm 或極性周期 6 mm。
圖 4.A1230 的正交輸出
為獲取絕對(duì)位置信息，必須通過分開的霍爾效應(yīng)鎖存?zhèn)鞲衅?IC 的輸出生成狀態(tài)機(jī)。在雙元件器件的信號(hào)對(duì)內(nèi)感應(yīng)的相同相位滯后，也能由分離封裝內(nèi)的器件通過正確的封裝位置感應(yīng)。如果兩個(gè)器件封裝放在相對(duì)角位置，并與磁鐵的極性周期對(duì)應(yīng)，那兩個(gè) IC 的輸出就會(huì)處于同一相位。但如果封裝間距是 1.25×(T/2)，其中 T 表示極性周期，則輸出會(huì)處于正交狀態(tài)。這同樣適用于該周期的任意倍數(shù)，如 2.25×(T/2)、3.25×(T/2) 或 4.25×(T/2)。
要產(chǎn)生一個(gè)能提供級(jí)聯(lián)相位滯后的器件輸出矩陣，必須按極性周期的遞增小數(shù)倍來放置每個(gè)器件。例如，要使三個(gè)器件具有級(jí)聯(lián)輸出，可將器件 #1 放在任何位置，將器件 #2 放在距器件 #1 1.33×(T/2) 的位置，將器件 #3 放在距器件#1 ×1.67 (T/2) 位置。
根據(jù)封裝尺寸和磁體大小，可能無法使器件封裝彼此離得太近。如果磁極相當(dāng)一致的話，這種限制不會(huì)產(chǎn)生太大問題。可重復(fù)的磁特性曲線，將使倍增因數(shù)的小數(shù)部分成為確定封裝位置的唯一相關(guān)值。使用前面三個(gè)傳感器 IC 的實(shí)例，通過將器件 #2 放在 1.33×(T/2) 位置，將器件 #3 放在 2.67×(T/2) 位置，可實(shí)現(xiàn)所需的級(jí)聯(lián)輸出。參閱圖 5。
圖 5.三級(jí) A1220 器件的矩陣
利用三個(gè)南北磁極交替排列的磁極對(duì)的粗略磁特性曲線，并使用三個(gè)分開的霍爾效應(yīng)鎖存器，可提供 6 種穩(wěn)定的狀態(tài)組合（A - E），它們會(huì)在每次磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)重復(fù)三次。如果控制器能跟蹤指定封裝所在的 120° 區(qū)域，說明系統(tǒng)位置的分辨率是 20°。這種矩陣的優(yōu)勢(shì)是能檢測(cè)邏輯上不會(huì)出現(xiàn)的兩種故障狀態(tài)（LLL 與 HHH）。參閱圖 6 和 表 1。
圖 6.三級(jí)鎖存器件的狀態(tài)圖
| 表 1三級(jí)鎖存器件的狀態(tài)圖 |
|---|
角位置
(°) | 器件 #1 | 器件 #2 | 器件 #3 | 區(qū)域 |
|---|
| 0 - 20 | L | H | H | A |
| 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 | A |
| 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 | A |
| 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 |
| DNE | L | L | L | |
| DNE | H | H | H | |
替代解決方案
Allegro? 還提供了可替代雙路輸出雙極開關(guān)的器件。A3423 系列能在內(nèi)部處理兩個(gè)霍爾元件產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并能提供兩個(gè)分別表示速度和方向的分離信號(hào)。使用 A3423 就不必設(shè)置外部處理電路，否則還要通過它確定數(shù)字方向值。
推薦的 Allegro 器件
| 表 2推薦的 Allegro 器件 |
|---|
| Allegro 型號(hào) | 溫度
范圍 | 封裝類型 | 可用帶盤
| 備注 |
|---|
| A1212 | E、L | LT、UA | 是 | 靈敏鎖存器 |
| A1214 | E、L | LH、UA | 是 | 靈敏鎖存器 |
| A1220 | E、L | LH、UA | 是 | 超靈敏鎖存器 |
| A1221 | E、L | LH、UA | 是 | 靈敏鎖存器 |
| A1230 | E、L | K、L | 是 | 雙路輸出雙極開關(guān) |
典型應(yīng)用
汽車 EPS 或 EPAS 系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)械
休閑動(dòng)力轉(zhuǎn)向
