실시간 산업용 애플리케이션을 지원하는 홀 효과 센서

Texas Instruments, 새로운 3D 제품군의 첫 번째 제품 발표 공장 자동화 및 모터 구동 애플리케이션에서 실시간 제어를 목표로 하는 홀 효과 위치 센서.

Texas Instruments는 공장 자동화 및 모터 구동 애플리케이션에서 실시간 제어를 위한 새로운 3D 홀 효과 위치 센서 제품군의 첫 번째 장치인 TMAG5170을 출시했습니다. 센서는 에너지를 절약하면서 설계 유연성과 시스템 안전성을 극대화하기 위해 통합 기능 및 진단을 제공하는 것으로 홍보됩니다.

홀 효과 센서 및 기타 기술을 포함한 자기 센서에는 설계상의 장점과 단점이 있습니다. 한 가지 제약 조건은 매우 높은 정확도와 3D 장치 처리량 사이의 균형입니다. 예를 들어 안정적인 센서는 온도, 주변 조건 또는 자기장의 변화에 ​​반응하여 방황하지 않습니다. 일반적으로 두 가지 방법 중 하나를 향상시키는 것은 간단하지만 두 가지 모두를 향상시키는 것은 아닙니다.

TI는 자사의 TMAG5170 3D 홀 효과 위치 센서가 높은 처리량과 함께 높은 정밀도를 제공함으로써 이러한 관계를 향상시키는 것을 목표로 한다고 말했습니다. TI의 위치 감지 제품 마케팅 및 애플리케이션 관리자인 Steven Loveless는 "이렇게 높은 처리량은 장치의 최대 속도가 필요하지 않을 때 훨씬 더 낮은 전력 작동과 같은 이월 효과가 있습니다."라고 말했습니다.

자동화된 창고 로봇. (출처:TI)

위치 센서
위치 감지는 동작을 조절하는 고성능 자동화 시스템에서 사실상 보편적이며 위치 감지 기술은 시스템 비용과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 센서 정확도, 속도, 전력 및 적응성은 최적의 위치 감지 시스템을 선택할 때 고려되는 요소 중 하나입니다. 홀 효과 선형 다축 위치 센서를 사용한 절대 위치 측정은 정확하고 빠르며 신뢰할 수 있어야 합니다. 그 결과 정밀한 실시간 제어가 가능합니다.

3D 홀 효과 센서를 배치할 때 주요 고려 사항은 센서 주변의 자유 공간에서 움직이는 자석을 쉽게 인식하고 모니터링해야 한다는 것입니다. 자석의 극을 둘러싼 자기장은 일반적으로 대칭이며, 이는 동일한 입력 조건이 여러 위치에서 생성될 수 있음을 의미합니다. 절대 위치를 적절하게 식별하려면 해당 기능을 신중하게 설계해야 하며, 자속 밀도의 변화를 사용하여 자석의 움직임을 구별할 수 있도록 해야 합니다.

실시간 제어
스마트 공장에서 고도로 자동화된 시스템은 통합된 제조 흐름 내에서 작동하는 동시에 데이터를 수집하여 운영을 규제해야 합니다. 더 높은 효율성과 감소된 가동 중지 시간을 위한 실시간 제어를 제공하기 위해 자동화 장비에는 3D 위치 감지 기술이 필요합니다.

"자동화에서 위치 또는 모션 피드백을 활용하는 시스템은 본질적으로 매우 역동적이며 부하, 속도 및 기타 요인의 변화하는 변화에 빠르고 효율적으로 대응해야 합니다."라고 Loveless는 말했습니다. 새로운 TI 센서는 이러한 동적 조건을 보다 정확하게 측정하고 "시스템이 이러한 실시간 변화에 보다 신속하게 대응하도록 돕도록" 설계되었다고 그는 덧붙였습니다.

TI는 자사의 TMAG5170이 실온에서 2.6%의 전체 오류를 제공하고 총 오류 드리프트는 3%에 불과해 시스템 설계 및 제조를 단순화하는 동시에 라인 끝 교정 및 오프칩 오류 보상이 필요하지 않다고 말했다. 이 센서는 고속 기계 동작의 저지연 처리량을 위해 최대 20kSPS의 측정을 지원합니다.

또한 각도 계산 엔진, 측정 평균화, 이득 및 오프셋 보정과 같은 기능을 포함하여 오프칩 계산의 필요성을 없애고 가변 센서 및 자석 방향을 가능하게 합니다. 센서 배치에 관계없이 TI는 이러한 특성이 설계를 단순화하고 시스템 적응성을 향상시켜 더 빠른 제어 루프, 더 낮은 시스템 대기 시간 및 더 쉬운 소프트웨어 개발을 가능하게 한다고 말했습니다. 또한 센서의 통합 계산 기능은 시스템의 처리 부하를 최대 25%까지 낮추므로 엔지니어는 TI의 저전력 MSP430TM MCU와 같은 범용 마이크로컨트롤러를 사용하여 비용을 절감할 수 있습니다.

아래 다이어그램에서 모터 샤프트의 정확한 각도 위치는 홀 효과 3D 선형 위치 센서에 의해 모니터링되어 피드백 요소를 평가하는 동안 시스템 대역폭과 대기 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 피드백 루프의 전체 속도는 고대역폭 판독이 가능한 센서를 사용하여 향상되어 시스템 성능이 향상됩니다.

TMAG5170 애플리케이션의 예. (출처:TI)

전력 소비는 배터리 또는 전력 관리 시스템을 포함하여 위치 센서를 선택할 때 고려해야 할 핵심 사항입니다. 웨이크업, 슬립 및 딥슬립 모드와 같은 저전력 작동 모드의 센서는 일반적으로 배터리 구동 시스템 또는 저전력 소스를 사용하여 처리량 대비 전력 소비를 최적화하는 플랫폼에서 사용됩니다. TI는 TMAG5170의 다양한 작동 모드와 샘플링 레이트는 에너지 효율성을 최대 70%까지 끌어올려 시스템 효율성이 낮을 때 배터리로 구동되는 장치 또는 가벼운 사용 모드에 대해 1~20kHz 샘플링 범위에서 최적의 전력 사용을 가능하게 한다고 주장했다. 주요 고려 사항입니다.

자기 및 기계 설계는 가변 자기 감도 수준 및 온도 보정 옵션이 있는 유연한 3D 선형 홀 효과 센서를 사용하여 이점을 얻을 수도 있습니다. 자동화 시스템이 점점 더 인간과 함께 작동함에 따라 장비 가동 중지 시간을 방지하고 제조 품질을 개선하는 데 안전과 향상된 진단이 점점 더 중요해지고 있습니다. 따라서 위치 센서와 이러한 센서가 생성하는 데이터의 정밀도, 속도, 전력 및 적응성은 주요 설계 고려 사항입니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE Times에 게시되었습니다.