电子动力转向的环形磁铁速度感测

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作者 Dan Dwyer，首席系统工程师

图 1.典型 EPS 系统

电动助力转向 (EPS) 系统需要转向输入轴提供速度和方向信息。这种控制通常需要高分辨率的速度信息和相对粗略的位置信息。

采用双列多极环形磁铁，以及由霍尔效应双路输出开关和锁存器组成的开关矩阵，以提供所需的全部信息。图 2 显示了具有双分辨率的环形磁铁结构，其中包括南北磁极交替排列的高分辨率外环和低分辨率内环。

为确定旋转磁铁的方向，需要使用单独的霍尔效应传感器 IC，以及两个分开的双极霍尔元件（A 和 B）的双路输出。（ 参阅图 3 ）由于两个霍尔元件在 IC 表面分开放置，所以旋转磁铁产生的信号中存在相位滞后。

图 2.双分辨率环形磁铁

图 3.装有双路输出双极霍尔效应器件的环形磁铁

只要正确设置磁极间距，就能确保产生的输出信号（图 4 中的元件 A 和元件 B）处于正交状态，并能轻松处理，以提供双态方向信息。在该实例（双路输出双极开关）中，所用器件内的元件间距是 1.5 mm。最佳磁极间距可在元件 A 中提供峰值信号，并在元件 B 中提供零信号。该间距对应的尺寸约等于交替磁极之间的 3.0 mm 或极性周期 6 mm。

图 4.A1230 的正交输出

为获取绝对位置信息，必须通过分开的霍尔效应锁存传感器 IC 的输出生成状态机。在双元件器件的信号对内感应的相同相位滞后，也能由分离封装内的器件通过正确的封装位置感应。如果两个器件封装放在相对角位置，并与磁铁的极性周期对应，那两个 IC 的输出就会处于同一相位。但如果封装间距是 1.25×(T/2)，其中 T 表示极性周期，则输出会处于正交状态。这同样适用于该周期的任意倍数，如 2.25×(T/2)、3.25×(T/2) 或 4.25×(T/2)。

要产生一个能提供级联相位滞后的器件输出矩阵，必须按极性周期的递增小数倍来放置每个器件。例如，要使三个器件具有级联输出，可将器件  #1 放在任何位置，将器件 #2 放在距器件 #1 1.33×(T/2) 的位置，将器件  #3 放在距器件#1 ×1.67 (T/2) 位置。

根据封装尺寸和磁体大小，可能无法使器件封装彼此离得太近。如果磁极相当一致的话，这种限制不会产生太大问题。可重复的磁特性曲线，将使倍增因数的小数部分成为确定封装位置的唯一相关值。使用前面三个传感器 IC 的实例，通过将器件 #2 放在 1.33×(T/2) 位置，将器件 #3 放在 2.67×(T/2) 位置，可实现所需的级联输出。参阅图 5。

图 5.三级 A1220 器件的矩阵

利用三个南北磁极交替排列的磁极对的粗略磁特性曲线，并使用三个分开的霍尔效应锁存器，可提供 6 种稳定的状态组合（A - E），它们会在每次磁体旋转时重复三次。如果控制器能跟踪指定封装所在的 120° 区域，说明系统位置的分辨率是 20°。这种矩阵的优势是能检测逻辑上不会出现的两种故障状态（LLL 与 HHH）。参阅图 6 和 表 1。

图 6.三级锁存器件的状态图

替代解决方案

Allegro™ 还提供了可替代双路输出双极开关的器件。A3423 系列能在内部处理两个霍尔元件产生的输出信号，并能提供两个分别表示速度和方向的分离信号。使用 A3423 就不必设置外部处理电路，否则还要通过它确定数字方向值。

推荐的 Allegro 器件

典型应用

• 汽车 EPS 或 EPAS 系统
• 工业机械
• 休闲动力转向