隨著工業(yè)4.0浪潮席卷而來(lái)，傳統(tǒng)制造業(yè)正向自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。高度自動(dòng)化的系統(tǒng)離不開(kāi)精準(zhǔn)的位置感應(yīng)，以及時(shí)地收集數(shù)據(jù)并做出更明智的決策，進(jìn)而保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。

3D霍爾效應(yīng)傳感器獨(dú)具優(yōu)勢(shì)

在評(píng)估出色的位置感應(yīng)解決方案時(shí)，需要同時(shí)考慮傳感器精度、速度、功率、靈活性和可靠性等因素。相比其他位置傳感器，多軸線性霍爾效應(yīng)位置傳感器可提供高度精確、快速且可靠的絕對(duì)位置測(cè)量，非常適合精密自動(dòng)化工業(yè)應(yīng)用。

德州儀器 (TI)位置傳感器產(chǎn)品營(yíng)銷及應(yīng)用經(jīng)理Steven Loveless表示，3D霍爾效應(yīng)位置傳感器可以獨(dú)立測(cè)量三個(gè)不同軸的磁場(chǎng)。對(duì)于任何磁體，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以用空間中任何一點(diǎn)的三維向量來(lái)表示。如果傳感器只能測(cè)量這些軸中的一個(gè)磁場(chǎng)，那么可檢測(cè)的位置類型僅限于直線路徑，甚至可檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)范圍也會(huì)受到限制。由于所有軸都可以在空間中進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，因此可以使用單個(gè)傳感器測(cè)量任意3D運(yùn)動(dòng)，例如操縱桿、旋轉(zhuǎn)和推動(dòng)旋鈕、球形運(yùn)動(dòng)等。當(dāng)然，3D傳感器也可用于測(cè)量1D線性運(yùn)動(dòng)，同時(shí)額外軸的附加信息可以提高測(cè)量精度或指示異常行為，例如是否存在外部磁場(chǎng)干擾或違背規(guī)定運(yùn)動(dòng)路徑的情況。

然而近年來(lái)，BLDC電機(jī)的無(wú)傳感器控制不斷改進(jìn)，無(wú)傳感器解決方案在電機(jī)控制中得到了很好的發(fā)展。作為業(yè)界領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)高性能無(wú)傳感器解決方案的公司之一，德州儀器如何看待這種趨勢(shì)呢？Steven Loveless表示，雖然BLDC的無(wú)傳感器系統(tǒng)將進(jìn)一步發(fā)展，但總會(huì)有使用簡(jiǎn)單霍爾效應(yīng)鎖存器的BLDC控制系統(tǒng)存在，因?yàn)檫@種方式在特定控制情況中更有優(yōu)勢(shì)。更重要的是，霍爾效應(yīng)傳感器中最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)是位置測(cè)量傳感器，3D霍爾效應(yīng)傳感器這種能夠測(cè)量真實(shí)位置的傳感器廣受歡迎。

TI首款全新3D霍爾效應(yīng)位置傳感器TMAG5170

不久前，德州儀器 (TI)推出了一款精確的3D霍爾效應(yīng)位置傳感器——TMAG5170，可在高達(dá)20 kSPS的速度下無(wú)需校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)超高精度，從而在工廠自動(dòng)化和電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中進(jìn)行更快速、更精確的實(shí)時(shí)控制。這也是TI全新3D霍爾效應(yīng)位置傳感器系列中的第一款器件。

TMAG5170可在室溫下提供低至2.6%的滿量程總誤差。它還具有低至3%的總誤差漂移（比同類競(jìng)品至少低30%），并且在橫軸場(chǎng)存在的情況下，誤差比同類器件至少低35%。這些特性使TMAG5170能夠提供比任何其他3D霍爾效應(yīng)位置傳感器更高的精度，無(wú)需終端校準(zhǔn)和片外誤差補(bǔ)償，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造。

功耗方面，TMAG5170具有多個(gè)運(yùn)行模式和采樣率。與其他精密線性3D霍爾效應(yīng)傳感器相比，其電源效率至少能提升70%，可在1kHz至 20kHz采樣范圍內(nèi)為電池供電器件或關(guān)注系統(tǒng)效率的輕負(fù)載模式降低功耗。

采用TMAG5170線性3D霍爾效應(yīng)位置傳感器的自主移動(dòng)機(jī)器人輪子電機(jī)模塊方框圖（圖源：TI公司）

在自主移動(dòng)機(jī)器人案例中，輪子的電機(jī)和電機(jī)控制器之間形成反饋環(huán)路。TMAG5170線性3D霍爾效應(yīng)位置傳感器可監(jiān)測(cè)電機(jī)軸的確切角度位置和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。除了此反饋環(huán)路中顯示的所有元素外，該線性3D霍爾效應(yīng)傳感器通常會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶寬和延遲有直接影響。通過(guò)采用能夠進(jìn)行高帶寬測(cè)量的傳感器，可以提高此反饋環(huán)路的整體速度并增強(qiáng)系統(tǒng)性能。

據(jù)Steven Loveless介紹，TMAG5170特色在于其具有更高的吞吐量和超高的3D精度以及集成和診斷功能，可幫助設(shè)計(jì)人員在移動(dòng)機(jī)器人、線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)化過(guò)程控制設(shè)備以及電器的運(yùn)動(dòng)控制中實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3D傳感器的應(yīng)用在傳感器的功能和設(shè)備類型方面有很大差異。通常情況下，任何利用位置或運(yùn)動(dòng)反饋來(lái)提供實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)都可能受益于精密的3D霍爾效應(yīng)傳感器。從精密閥門到執(zhí)行器控制、自主移動(dòng)機(jī)器人到線性電機(jī)系統(tǒng)，任何自動(dòng)化或機(jī)器人系統(tǒng)都可能使用3D傳感器進(jìn)行線性或角度測(cè)量。

Steven Loveless透露，TI即將推出一款車規(guī)級(jí)的TMAG5170-Q1，為汽車市場(chǎng)提供差異化的霍爾效應(yīng)傳感解決方案。該款產(chǎn)品在TI.com上已處于預(yù)發(fā)布狀態(tài)。車規(guī)級(jí)產(chǎn)品符合工業(yè)設(shè)備的核心設(shè)計(jì)理念，適用于汽車應(yīng)用。

此外，TI還通過(guò)TMAG5273提供功耗低且更通用的3D磁場(chǎng)測(cè)量，適用于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)量和樓宇自動(dòng)化等應(yīng)用。TI內(nèi)部擁有的工藝技術(shù)使其能夠根據(jù)客戶產(chǎn)品的需求定制核心技術(shù)，并最終為客戶提供高價(jià)值的解決方案。同時(shí)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，TI還開(kāi)展了TMAG5170和其他磁性傳感器產(chǎn)品組合的許多創(chuàng)新應(yīng)用。

目前看來(lái)，TI對(duì)3D霍爾效應(yīng)傳感器的發(fā)展很有信心，下一步的研發(fā)計(jì)劃也在持續(xù)推進(jìn)中。“傳感器是電子設(shè)備與現(xiàn)實(shí)世界之間的接口，德州儀器 (TI) 正在整個(gè)傳感領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新以改進(jìn)該接口。 具體而言，磁性位置傳感器使我們相信 TI 可以在關(guān)鍵領(lǐng)域提供獨(dú)特技術(shù)和差異化產(chǎn)品來(lái)解決客戶最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。 未來(lái)，TI將繼續(xù)在該領(lǐng)域開(kāi)發(fā)和發(fā)布更多產(chǎn)品”Steven Loveless表示。