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用于燃油油位感应的霍尔传感器

使用霍尔效应传感器IC的燃油油位传感器- Allegro MicroSystems

作者：Shashank Wekhande和Ranjit Farakate，
先锋解决方案私人有限公司。，
Allegro MicroS亚博棋牌游戏ystems，LLC顾问

Abstract

霍尔式燃油液位传感器集成电路是为汽车应用提供高可靠性和精确的燃油液位传感而开发的。线性和角度传感器集成电路的应用线圈为基础的和数字集群指标介绍了本应用说明。亚博尊贵会员

Introduction

燃油油位传感器（FLS）用于所有的汽车来指示燃油油位。测量燃油油位的方法多种多样，如电阻薄膜法、分立电阻法、电容法和超声波法。电阻式传感器最常用于此应用。这些传感器与浮子机械连接，浮子根据燃油油位上下移动。当浮子移动时，传感器的电阻发生变化。该传感器是燃油表显示电路的电流平衡电路的一部分，该电路通常由驱动显示指针的线圈组成。随着燃油传感器电阻的变化，指针的位置与线圈中的电流成比例变化。典型的基于电阻的FLS如图1所示。

基于电阻接触的传感器的缺点是由于传感器元件内部的滑动接触导致传感器磨损。磨损会导致传感器寿命缩短。

**Figure 1: Typical Fuel Level Sensing Arrangement**

本文描述了在FLS应用中使用霍尔传感器芯片进行非接触式传感的方法。亚博尊贵会员

基于非接触霍尔传感器的FLS

霍尔传感器集成电路通常感测通过集成电路的磁场。对于燃油感应应用，必须安装径向磁铁，使其旋转运动与浮子运动成比例。此外，传感器需要安装在靠近磁铁的位置。与其他非接触式传感器技术相比，采用这种技术进行改造更为简单。磁铁可以密封，以防止其在燃料中降解。即使燃油被污染，传感操作也不会受到影响。

Hall Sensor IC Options for FLS

Allegro为FLS应用提供了多种选择，以适应精度、线性度、输出接口和成本。亚博尊贵会员

线性大厅-Effect Sensor
线性霍尔效应传感器集成电路具有与绝对磁场成比例的输出信号。集成电路的输出电压随磁场的变化而变化。

PWM输出：PWM输出具有抗噪性好等优点。这些类型的传感器适用于基于交叉线圈的集群。
模拟电压:In digital clusters, often a microcontroller is used to interface with the LCD and sensor output. An analog input voltage from the sensor is given to the ADC input of the microcontroller. These ICs operate from either a 3.3 V or a 5 V supply and ratiometric to the supply.

两点编程提供磁铁和气隙变化补偿。Allegro还提供多点编程，以适应不均匀的坦克几何形状。

霍尔角传感器
角度传感器是基于磁场绝对角度的测量。这消除了由于磁铁和气隙变化引起的误差。
1. PWM输出：脉宽调制output ICs offer advantages such as better noise immunity and direct connection to the vehicle battery.
2. 模拟电压:集成电路提供与角度成比例的模拟输出电压。

表1:Allegro MicroSystems提供的用于燃亚博棋牌游戏料传感的传感器

传感器	输出	Technology	可编程性	Accuracy	Cost
A1356	脉宽调制	线性大厅	灵敏度+QVO偏移	更好	低
A1377	模拟电压	线性大厅	灵敏度+QVO偏移	更好	中等
A1330型	Analog + PWM	角大厅（CVH）	Gain + Short Stroke + Zero Offset + Clamp + Averaging + Rotation	最好的	低
A1338型	脉宽调制	角大厅（CVH）	零偏移+平均+旋转	最好的	High

油箱结构

油箱结构因汽车型号而异。一些具有规则几何结构的储罐会导致体积与浮子成线性角。对于这样的坦克，只有两点编程就足够了。均匀燃油箱的示例及其特性如图2所示。

然而，大多数燃油箱的容积与浮子的夹角是不均匀的。一个典型的非均匀水箱及其特性如图3所示。对于这些类型的坦克，多点
programming in the IC is required for output signal linearization.

基于线圈簇的模拟FLS线性PWM霍尔传感器

这是低成本应用中最常用的FSU。交叉线圈布置如图4所示。线圈的一侧直接连接到蓄电池上，另一侧通过亚博尊贵会员串联传感器连接到蓄电池上。当两个线圈中的电流相同时，线圈复位到正常位置。传感器电流变化时，指针偏离正常位置。这种安排提供了取消电池电压变化。由于热效应，传感器电流与针角之间不是线性的。

这个A1356集成电路提供了一个系统级比率（输出，根据电源电压调整）输出解决方案，最小的组成部分。A1356与内部反向电池保护一起工作。这种集成电路提供两点磁场编程来调整偏置和灵敏度。这允许4到18伏来补偿磁铁、线圈和制造气隙公差。

基于A1356的FSU的应用电路如图5所示。

这个RC filter of R2 and C2 converts PWM output of the A1356 to a proportional analog voltage. MOSFET Q1 converts this voltage to a current output suitable to drive the coil.

Magnet selection is not very critical for this application. NdFeB or ferrite magnets are suitable for this application. For better repeatability, magnets with tighter tolerances should be used.

用于此应用的磁铁是图7所示的径向磁铁（圆形），安装在浮子枢轴上，传感器放置在具有2 mm气隙的磁铁表面上，如图6所示。磁铁定位和线性霍尔传感器定位如图8所示。

实验结果

Figure 9 shows linear coil current with respect to float angle. Coil current changes with supply voltage and is inherently non-linear due to self-heating thermal effects.

基于单片机集群的数字FLS线性模拟霍尔效应传感器

这个A1377是一个可编程线性采用霍尔传感器哪个provides an analog output voltage proportional to magnetic field. The A1377 provides a ratiometric output between 4.5 and 5.5 V input supply voltage. Use the 5 V supply from the cluster used by the interfacing ADC to power the A1377. A linear analog Halleffect sensor-based digital FLS is shown in Figure 10.

这个A1377 provides two-point magnetic field programming to adjust offset and sensitivity. This allows users to compensate for magnet, coil, and manufacturing air gap tolerances.

**Figure 10: Linear Analog Hall-Effect Sensor-Based Digital FLS Using A1377**

实验结果

图11显示了相对于浮子的线性输出电压角度输出电压是线性的超过50度的浮动角位移。

**Figure 11: Float Angle vs. Output Voltage**

Figure 12 shows the A1377 linear sensor and magnet placement on the fuel sensor assembly.

基于单片机集群的数字FLS角霍尔传感器

线性传感器由于气隙或磁铁漂移而产生误差。线性角度传感器也适用于60度角位移。角度传感器提供宽角度位移测量，输出电压与气隙和绝对磁场无关。A1330是一种360°角度传感器IC，基于磁圆形垂直霍尔（CVH）技术提供非接触式角度位置。基于角度霍尔传感器的数字FLS如图13所示。此应用程序使用径向磁铁。

Programmable parameters include zero offset to provide flexible magnet placement and short angular displacement for full dynamic range.

实验结果

A1330浮子角输出电压如图14所示，直径为6 mm×3 mm的磁铁。结果表明，在75度位移范围内，输出电压与气隙无关。

图15显示了A1330角度传感器IC和磁铁在燃油传感器总成上的位置。

**Figure 15: Arrangement of A1330 Angle Sensor and Magnet on the Fuel Sensor Assembly**

对于电池供电的FLS，使用A1330的非比例版本，并在燃油传感器组件中提供本地LDO。

A1330的PWM输出版本可用于数字FLS，以获得更好的抗噪性。

表2：各种可编程霍尔传感器选项的比较

传感器	应用	Pros	Cons
A1356线性传感器 (PWM)	基于线圈 Analog FLS	更好的抗噪性，与电池电压成比例输出，偏移灵敏度编程补偿磁铁和气隙制造过程中的公差。	磁铁方向至关重要装配过程中。输出错误磁场漂移。
A1377 Linear Sensor （模拟）	Digital FLS	偏置和灵敏度编程补偿磁铁和气隙制造过程中的公差。	磁铁方向至关重要在装配过程中，输出错误磁场漂移。需要5伏供应。
A1330型Angle Sensor (Analog + Ratiometric)	Digital FLS	输出电压与气隙和绝对磁场无关， flexible magnet placement, short angular displacement for full 动态范围，贴片封装。	需要集群提供5V电压。
A1330型Angle Sensor （模拟+非模拟）- 比率法）	Analog FLS	输出电压与气隙和绝对磁场无关， Flexible magnet placement, short angular displacement for full 动态范围，贴片封装。	Needs LDO for 5 V supply.
A1330型Angle Sensor (PWM)	Digital FLS	输出电压与气隙和绝对磁场无关。 Flexible magnet placement, short angular displacement for full 动态范围，更好的抗噪性，SMD封装。	需要5 V电源从集群或 LDO公司。

Conclusion

Hall-based fuel level sensing offers reliable non-contact fuel measurement for automotive applications. Allegro offers a wide range of Hall sensors suitable for different FLS systems. All the sensors use simple diametric magnet and offers programming to achieve a linear output signal, even with asymmetric fuel tank shapes.

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will be reliable, or that Allegro has explored all of the possible failure modes. It is the customer’s responsibility to do sufficient qualification
testing of the final product to insure that it is reliable and meets all design requirements.