在侧轴模式中使用MagAlpha旋转磁传感器

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摘要

2020年2月-上一篇文章讨论了磁体类型及其在“轴端”模式下与MPS MagAlpha传感器的使用。本文将探索“侧轴”模式拓扑。MPS MagAlpha传感器利用集成电路中心的霍尔元件阵列，从旋转磁铁感应磁场的水平矢量。这个磁场通常来自一个简单的两极，直径极化磁铁位于传感器上方或一侧(参见图1)。

图1:MagAlpha传感器的轴端和轴侧模式

有两种类型的侧轴拓扑结构:“标准”侧轴，其中传感器包表面垂直于磁铁的旋转轴，和“正交”侧轴，其中传感器包表面平行于磁铁的旋转轴。与轴端模式相比，这两种模式在设计过程中都需要更多的考虑，MPS磁仿真工具提供了一种在进行实际机械设计之前评估性能的有效方法。

简介

当MagAlpha传感器与旋转轴一侧的磁铁一起使用时，霍尔阵列看到径向磁场分量Br和切向分量Bt(或在正交侧轴的情况下，垂直分量Bz)。最常见的侧轴拓扑结构使用径向极化环形磁铁(参见图2)。

在这种配置中，径向场Br的大小通常大于切向分量Bt。当传感器看到两个大小不等的场时，随着磁铁的旋转，角度输出变得非线性。两个场的幅度必须标准化，以便传感器观察到具有恒定幅度的旋转场矢量。MagAlpha传感器具有偏置电流微调(BCT)调整寄存器，允许两个磁场大小相等，以获得线性角度响应。有关详细信息，请参见应用说明“在离轴安装中使用MagAlpha”．

图2:径向和切向磁场围绕一个直径极化的两极环

在上述修剪动作之后，传感器看到由于X轴或Y轴的增益减少而降低的合成磁场。在标准的侧轴拓扑中，由于IC封装的宽度，传感器霍尔阵列也远离磁铁表面。这两种效应结合起来意味着磁环设计必须有足够的剩余场(通常用BR表示)来满足传感器的最小场要求。由于铁氧体和塑铁氧体磁体在200mT至300mT BR范围内的剩余磁场较低，不太可能在侧轴运行中工作良好，特别是在BCT修整造成的减少之后。

为了获得足够的场强，环通常必须由具有较高初始剩余场强的材料制成，如钕铁硼(NdFeB)，可以烧结(约0.9T至1.4T BR)或粘结聚合物格式(约0.6T至0.7T BR)。较大直径的聚合物环具有更高的成本效益，但与相同尺寸的烧结环相比，聚合物环的场强约为前者的一半。必须调整环的尺寸，以确保在选定的距离和BCT场调整后满足传感器的最小场要求。

当存在低场强问题时，MagAlpha系列有两个针对侧轴模式优化的传感器:MA710和MA310。这些产品具有更高的内部增益，以适应最小电场降至15mT的操作(而大多数MagAlpha家族通常为30mT至40mT)。

上面例子中使用的MagAlpha系列磁模拟工具可以在在这里

该模拟器工具支持MagAlpha系列支持的所有可能的磁铁类型和传感器到磁铁拓扑。它为不同磁体类型和不同位置的传感器性能的原型化和评估提供了一种有效的方法，消除了试错的方法。机械和磁公差对系统的影响也可以通过工具的高级设置选项输入，以测量对角度分辨率性能的影响。

图3显示了一个例子的一个侧面轴设计使用粘结钕环。密封圈内径20mm，外径30mm，高度2mm。在这个例子中，环具有简单的两极直径极化和700mT的剩余场。使用标准侧轴拓扑结构的MA710传感器，传感器包理想地放置在环形磁铁的一侧，这样霍尔阵列正好是磁铁高度的一半。MA710 QFN传感器包装名义上是0.9毫米的高度，内部霍尔阵列位于包装表面以下0.5毫米。因此垂直z参数为0mm。

图3:MA710角度传感器在标准侧轴拓扑结构

使用模拟器从r = 16.5mm到20mm扫描半径，可以注意到传感器的合适位置是r = 17mm(见图4)。在这个位置，传感器在IC封装边缘和环形磁铁表面之间有0.5mm的气隙。切向磁场Bt约为18mT。径向场Br在大约82mT时要大得多，这导致传感器角度响应呈非线性，除非通过BCT寄存器进行一些校正以降低径向场的振幅。模拟器计算BCT所需的寄存器值为200。将该值应用于传感器，可创建分辨率约为11.3位(3-sigma)的解决方案。