Ring Magnet Speed Sensing for Electronic Power Steering

作者：Dan Dwyer，首席系统工程师

Proper control of Electric Power Steering (EPS) systems requires both speed and direction information from the steering input shaft. This control will typically come from both high-resolution speed information and fairly coarse position information.

图1。典型EPS系统

双多极环形磁铁可与霍尔效应双输出开关和锁存器矩阵一起使用，以提供所需的所有信息。图2显示了磁铁的配置，它有一个由南北两极交替组成的高分辨率外圈和一个由两极交替组成的低分辨率内圈。

为了确定rotatin的方向g magnet, a single Hall-effect sensor IC is utilized, with dual outputs from two separate bipolar Hall elements (A and B). ( Refer to figure 3. ) Because the two Hall elements are situated a distance apart on the surface of the IC, there is a phase lag in the signals generated by the rotating magnet.

图2。双分辨率环形磁铁

图3。环形磁铁双输出，双极霍尔效应装置

在适当的磁极间距下，产生的输出信号（图4中的元素A和元素B）是正交的，并且经过处理以提供两种状态的方向信息。本例中使用的设备（双输出双极开关）的元件间距为1.5 mm。最佳磁极间距在元素a中提供峰值信号，在元素B中提供零信号。该间距对应于交替磁极之间约等于3.0 mm的尺寸，或6 mm的磁极周期。

图4。A1230正交输出

为了获得绝对位置信息，必须从单独的霍尔效应锁存传感器IC的输出生成状态机。通过适当的封装放置，在不同封装中的器件可以诱导在双元件器件的信号对中诱导的相同相位延迟。如果将两个器件封装放置在与磁极周期相对应的角位置，那么两个集成电路的输出将完全同相。然而，如果封装间距是1.25×（T/2），其中T是磁极周期，那么输出将是正交的。这将适用于该期间的任何倍数，例如2.25×（T/2）、3.25×（T/2）或4.25×（T/2）。

To generate a matrix of device outputs that provide a cascading phase delay, each device must be placed at an increasing fractional multiple of the magnet pole period. For instance, to get three devices with cascading outputs, device #1 can be placed in any location, device #2 can be placed 1.33×(T/2) from device #1 and device #3 can be placed 1.67×(T/2) from device #1.

D级epending on the package size and magnet size, however, it may not be possible to the place the device packages very close together. This restriction is not a problem if the magnet poles are fairly consistent. With a repeatable magnetic profile, the fractional portion of the multiplication factor is the only pertinent value for establishing package placement. Using the previous example of three sensor ICs, the desired cascading output can be realized with a position of 1.33×(T/2) for device #2 and 2.67×(T/2) for device #3. See figure 5.

图5。三台A1220设备的矩阵

对于三个交替的南北极对的粗略磁剖面，使用三个单独的霍尔效应锁存器可提供六个离散的状态组合（a到F），每个磁铁旋转三次。如果控制器可以跟踪给定包所在的120°区域，则系统位置分辨率为20°。该矩阵的一个优点是能够检测逻辑上从未发生的两种故障情况（LLL和HHH）。见图6和表1。

图6. State Diagram for Three Latch Devices

Table 1. State Diagram for Three Latch Devices
角位置 (°)	设备#1	设备#2	设备#3	Zone
0 - 20	我	小时	小时	A
20 - 40	我	小时	小时	B类
40 - 60	我	小时	我	C级
60 - 80	小时	小时	我	D级
80 - 100	小时	我	我	电子
100 - 120	小时	我	小时	F级
120 - 140	我	我	小时	A
140 - 160	我	小时	小时	B类
160 - 180	我	小时	我	C级
180 - 200	小时	小时	我	D级
200 - 220	小时	我	我	电子
220 - 240	小时	我	小时	F级
240 - 260	我	我	小时	A
260 - 280	我	小时	小时	B类
280 - 300	我	小时	我	C级
300 - 320	小时	小时	我	D级
320 - 340	小时	我	我	电子
340 - 360	小时	我	小时	F级
挪威	我	我	我
挪威	小时	小时	小时

替代解决方案

快板™ 还提供了双输出双极开关的补充设备。A3423内部处理来自两个霍尔元件的输出信号，并提供两个分别代表速度和方向的独立信号。A3423的使用使得不需要外部处理电路来建立数字方向值。

建议的快板装置

表2。建议的快板装置
快板零件号	Temperature 范围	Package Types	卷带式可用	C级omments
A1212型	E、我	中尉，UA	是的	灵敏闩锁
A1214号	E、我	我小时, UA	是的	灵敏闩锁
A1220型	E、我	我小时, UA	是的	非常灵敏的闩锁
A1221型	E、我	我小时, UA	是的	灵敏闩锁
A1230型	E、我	K、我	是的	双输出双极开关

典型应用亚博尊贵会员

汽车EPS或EPA
工业机械
休闲动力转向