TI, 공장 자동화 실시간 제어용 고정밀 3D 홀 이펙트 센서 TMAG5170 출시

Texas Instruments가 공장 자동화와 모터 드라이브 시스템에서 실시간 제어를 위해 설계된 새로운 3D 홀 이펙트 위치 센서 제품군의 첫 번째 멤버인 TMAG5170을 발표했습니다.

TMAG5170은 통합 진단과 고급 기능을 제공하여 설계 유연성을 높이고 시스템 안전성을 개선하며 에너지 소비를 줄입니다.

홀 이펙트 센서의 트레이드오프

홀 이펙트 센서는 모든 자기 변환기와 마찬가지로 초고정밀과 고처리량 사이의 트레이드오프를 가집니다. 진정한 안정적인 센서는 온도 변화, 주변 조건, 외부 자기장 전반에서 성능을 유지해야 하지만, 극도의 정밀도와 빠른 데이터 레이트를 동시에 달성하는 것은 어렵습니다.

TI는 TMAG5170이 이 간극을 메워 높은 정밀도와 더 높은 처리량을 모두 제공한다고 주장합니다. "처리량 증가는 최고 속도가 필요하지 않을 때 전력 소비를 낮춰줍니다."라고 TI의 위치 감지 제품 마케팅 및 애플리케이션 매니저인 Steven Loveless는 말합니다.

자동화된 창고 로봇. (출처: TI)

위치 센서의 중요성

위치 감지는 모션을 제어하는 고성능 자동화 시스템에 필수적입니다. 센서 선택은 비용, 성능, 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 홀 이펙트 선형 다축 센서를 사용한 절대 위치 측정은 정확하고 빠르며 신뢰할 수 있어야 합니다. 이는 정밀한 실시간 제어를 보장합니다.

3D 홀 이펙트 센서의 중요한 설계 고려사항은 자유롭게 움직이는 자석을 감지하고 그 위치를 신뢰성 있게 추적하는 능력입니다. 자석 극 주변의 자기장이 일반적으로 대칭적이기 때문에, 같은 입력이 여러 위치에서 발생할 수 있습니다. 따라서 미세한 자기 플럭스 밀도 변화를 활용하여 자석의 움직임을 구별하는 신중한 설계가 절대 위치 정확도를 위해 필요합니다.

실시간 제어

스마트 팩토리에서 고도로 자동화된 시스템은 통합 제조 흐름 내에서 원활하게 작동하면서 운영을 최적화하기 위해 지속적으로 데이터를 수집해야 합니다. 실시간 3D 위치 감지는 고효율, 저가동 중단 자동화에 필수적입니다.

"위치나 모션 피드백에 의존하는 시스템은 매우 역동적이며 부하, 속도, 기타 파라미터의 변화에 신속하게 대응해야 합니다."라고 Loveless는 말합니다. 새로운 TI 센서는 이러한 동적 조건을 더 높은 정확도로 포착하도록 설계되어 더 빠른 시스템 응답을 가능하게 합니다.

TI에 따르면 TMAG5170은 상온에서 2.6% 풀스케일 총 오차를 달성하며, 총 오차 드리프트는 단 3%에 불과합니다. 이는 라인 엔드 캘리브레이션과 오프칩 오차 보정의 필요성을 없애 설계와 제조를 단순화합니다. 센서는 최대 20kSPS의 샘플링 레이트를 지원하여 고속 기계 모션을 위한 낮은 레이턴시 처리량을 제공합니다.

또한 오프칩 연산의 필요성을 제거하고, 각도 계산 엔진, 측정 평균화, 게인/오프셋 보정 같은 기능을 통해 가변적인 센서-자석 방향을 허용합니다. 배치에 관계없이 이러한 특성은 설계를 단순화하고 시스템 적응성을 높이며 제어 루프 레이턴시를 줄이고 소프트웨어 개발을 용이하게 합니다. 통합 계산 엔진은 시스템의 프로세싱 부하를 최대 25%까지 낮춰 엔지니어들이 TI의 저전력 MSP430™ MCU 같은 범용 마이크로컨트롤러를 사용하면서 비용을 절감할 수 있게 합니다.

아래 다이어그램은 TMAG5170이 모터 샤프트의 정확한 각도 위치를 모니터링하는 모습을 보여줍니다. 고대역폭 판독이 가능한 센서는 피드백 루프 속도를 개선하여 전체 시스템 성능을 향상시킵니다.

TMAG5170 애플리케이션 예시. (출처: TI)

전력 소비는 배터리 구동 또는 저전력 플랫폼에서 특히 위치 센서 선택 시 핵심 요소입니다. 웨이크업, 슬립, 딥슬립 같은 저전력 동작 모드를 가진 센서는 에너지 제약 시스템에서 흔합니다. TI는 TMAG5170의 다중 동작 모드와 샘플링 레이트가 에너지 효율을 최대 70%까지 높여주며, 배터리 구동 디바이스나 효율이 중요한 저사용 모드에서 1~20kHz 샘플링 범위 전반에 걸쳐 최적의 전력 사용을 제공한다고 주장합니다.

자기 및 기계 설계 유연성도 가변 자기 감도 레벨과 온도 보정 옵션을 지원하는 3D 선형 홀 이펙트 센서의 이점을 얻습니다. 자동화 시스템이 인간과 함께 작동함에 따라 장비 가동 중단을 방지하고 높은 제조 품질을 보장하기 위해 안전과 진단이 점점 더 중요해지고 있습니다. 결과적으로 정밀도, 속도, 전력, 적응성이 최우선 설계 고려사항입니다.

>> 이 기사는 자매 사이트인 EE Times에 원래 게재되었습니다.

관련 콘텐츠:

• 산업용 IoT에서 안전한 연결을 위한 표준의 중요성
• 랜섬웨어, 산업 보안 혁명 촉발
• 오픈소스 IIoT 게이트웨이로 Modbus 디바이스 통합 가속화
• 오픈소스 IIoT 게이트웨이로 산업용 Modbus 센서 인터페이싱
• 완전 관리형 IoT 게이트웨이 솔루션으로 개발 단순화

더 많은 Embedded 콘텐츠를 위해 Embedded 주간 이메일 뉴스레터를 구독하세요.