發布日期：2022-04-26 點擊率：111 品牌：Allegro
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作者：Stefan Kranz，
Allegro MicroSystems, LLC
A1262 集成電路是一款超靈敏雙通道霍爾效應鎖存器。與傳統雙通道鎖存器相比，A1262 的正交輸出指示旋轉方向和旋轉環形磁鐵目標的位置/速度。但是，除了感測幅值以外，A1262 在使用垂直霍爾效應技術感測磁場方向方面是獨一無二的。
A1262 使用傳統的平面霍爾效應元件獲得一個通道，用垂直霍爾效應元件獲得另一個通道。因此，A1262 能產生正交輸出信號（≈90° 相位差），其中相分離大體上獨立于氣隙、環形磁體尺寸或極間距。這為系統設計師選擇環形磁鐵及其相對傳感器的位置和方向提供了前所未有的靈活性，其小封裝 (SOT23-5) 替代了一對傳統的封裝霍爾效應鎖存器，節省了空間和組件數量。
此應用說明重點介紹眾多可能系統配置中的兩個。在這兩個案例中， A1262LLHLT?T 器件假定平面霍爾元件使用 Z 傳感方向，而垂直霍爾元件使用 Y 方向（請參閱圖 1）。A1262 替代版 A1262LLHLT?X?T 還可以提供 Z 和 X 方向感應。A1262 數據表和其他相關應用說明提供有關 A1262 的詳細信息。
圖 1：A1262 感應方向
在這兩個案例中，目標是具有相同總體尺寸的鐵氧體環形磁體。案例 1 采用多極環形磁鐵。案例 2 采用徑向磁化（1 個極對）環形磁鐵（見圖 1）。
圖 1：環形磁鐵
在此案例中，目標是具以下特性的環形磁鐵。
外徑：13 mm
內徑：6 mm
高度：4 mm
極對：4
材料：鐵氧體 Y10T，BR：≥0.2?
磁化：徑向
圖 2：案例 1 的物理配置
圖 3 和 圖 4 顯示案例 1 環形磁鐵徑向和切向磁場與周圍氣隙比較。徑向磁場分量激勵 A1262 平面霍爾元件，如圖所示 Z 方向。垂直霍爾元件對應切向磁場，如圖所示 Y 方向。
圖 3：徑向 B 磁場多極環形磁鐵與氣隙
圖 4：切向 B 磁場多極環形磁鐵與氣隙
圖 5：徑向/切向 B 磁場多極環形磁鐵與氣隙
如圖 3 和圖 4 所示，每個通道（共兩個）的磁性峰值的位置相對另一個通道基本保持一致。氣隙幾乎沒有變化。圖 5 僅顯示最小和最大氣隙分別為 1.5 mm 和 5.0 mm，更清晰地描述了這一點。
圖 6：A1262 多極環形磁鐵 OUTA（徑向）與氣隙
圖 7：A1262 多極環形磁鐵 OUTB（切向）與氣隙
圖 6 和圖 7 顯示使用 8 極環形磁鐵的雙傳感器輸出的磁開關行為。假定 A1262 磁開關點正常變化并且氣隙變化較大，則 OUTA 和 OUTB 的相位關系會非常穩定。這種氣隙獨立性水平對 A1262 是獨一無二的。
如下表 1 所示，兩個輸出還保持接近理想的 (≈50%) 占空比，并且與氣隙無關。
| 氣隙 (mm) | OUTA 占空比 (%) | OUTB 占空比 (%) |
|---|---|---|
| 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 |
在此案例中，目標是具有與案例 1 相同尺寸和相同材料的環形磁鐵，但只有一對磁極：
外徑：13 mm
內徑：6 mm
磁鐵高度：4 mm
極對：1
材料：鐵氧體 Y10T，BR：≥0.2?
磁化：徑向
圖 8：案例 2 的物理配置
圖 8 顯示案例 2 的物理配置圖 9 和 圖 10 顯示環形磁鐵徑向和切向磁場與周圍氣隙比較。徑向磁場分量激勵 A1262 平面霍爾元件，如圖所示 Z 方向。垂直霍爾元件對應切向磁場，如圖所示 Y 方向。與案例 1 環形磁鐵相同，每個通道（共兩個）的磁性峰值的位置相對另一個通道基本保持一致。氣隙幾乎沒有變化。圖 11 僅顯示最小和最大氣隙分別為 1.5 mm 和 5.0 mm 的結果，更清晰地描述了這一點。
圖 9：徑向 B 磁場徑向環形磁鐵與氣隙
圖 10：切向 B 磁場徑向環形磁鐵與氣隙
圖 11：徑向/切向 B 磁場徑向環形磁鐵與氣隙
圖 12 和圖 13 顯示使用單極對環形磁鐵的雙傳感器輸出的磁開關行為。假定 A1262 磁開關點正常變化并且氣隙變化較大，則 OUTA 和 OUTB 的相位關系會非常穩定。
圖 12：A1262 多極環形磁鐵 OUTA（徑向）與氣隙
圖 13：A1262 多極環形磁鐵 OUTB（切向）與氣隙
如下表 2 所示，兩個輸出還保持接近理想的 (≈50%) 占空比，并且與氣隙無關。
| 氣隙 (mm) | OUTA 占空比 (%) | OUTB 占空比 (%) |
|---|---|---|
| 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 |
表 3 數據說明了氣隙和環形磁鐵磁極間距對 OUTA 和 OUTB 信號的影響很小。
| 環形磁鐵 | 氣隙 | OUTA 占空比 (%) | OUTB 占空比 (%) |
|---|---|---|---|
| 案例 2 | 最小 | 50.34 | 48.86 |
| 最大 | 50.27 | 48.32 | |
| 案例 1 | 最小 | 49.71 | 49.83 |
| 最大 | 49.65 | 49.71 | |
| 平均占空比 | 49.99 | 49.18 | |
每個信號的占空比針對極間距只有超過 4:1 的少量變化，而針對氣隙則是大于 3:1 的變化。用戶可以單純根據物理因素選擇環形磁鐵尺寸；磁極間距幾乎和可以隨意選擇，以達到每轉所需的周期數。
OUTA 和 OUTB 信號之間的相分離將隨氣隙的變化而有所改變。此現象與環形磁鐵布置無關，并在圖 14 和 15 顯示，分別對應案例 1 和案例 2。
案例 1 多極磁鐵的相移大約為 4.0° (26.5° – 22.5°)，而案例 2 的單極環形磁鐵的相移大約為 12° (102° – 90°)，相移原因是內部霍爾元件間距、氣隙和磁鐵尺寸與材料的相互作用。
總相移的幅值（圖 14 和圖 15）取決于磁極數。對于給定尺寸的環形磁鐵，磁極數越大（磁極間距越小），氣隙對信號相位的影響越小。
OUTA 和 OUTB 信號的相分離通常稍大于 90°，這是因為 A1262 垂直和平面霍爾元件并不精確位與硅晶片相同的位置。
此信號相位與氣隙關系意味著相位能表示系統氣隙。例如，可以將其用于確認氣隙在系統設置極限內。
通過以磁鐵旋轉的恒定速度測量 OUTA 和 OUTB 下降沿之間的時間就可以得到此“氣隙信號”。該測量時間表示氣隙距離，并且如果氣隙變大，此測量時間也會變增加。
圖 14：多極環形磁鐵相對氣隙的兩個下降沿之間的相移差
圖 15：徑向環形磁鐵相對氣隙的兩個下降沿之間的相移差
如上所示，A1262 以獨特的方式布置傳統的平面和垂直霍爾傳感器，具有以下優勢：
A1262 能產生正交輸出信號（≈90° 相位差），其中相分離基本上與氣隙、環形磁體尺寸或極間距無關。
系統設計師可以非常靈活地選擇環形磁鐵及其相對傳感器的位置和方向。
用戶很可能選擇標準的現成環形磁鐵，以提供需要的脈沖/旋轉次數。
較大氣隙的限制因素可能是切向磁場強度（此處案例所示 X 或 Y），這是因為切向磁場強度通常低于徑向磁場強度。
OUTA 和 OUTB 信號的相位關系能指示氣隙。
用于上述案例研究的應用回路是 A1262 數據表所示的典型應用回路，并在下圖 16 中再現。
圖 16：典型應用電路
案例 1 和案例 2 使用的環形磁鐵可由以下零售商獲得，它是 Allegro 和 Sanken Semiconductors 的分銷商：
Matronic GmbH & Co.
Electronic Vertriebs KG
Vor dem Kreuzberg 29
D-72070 Tübingen，德國
電話： +49 7071 94440
傳真： +49 7071 45943
網站：www.matronic.com
電子郵件：info@matronic.de
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