TI stellt TMAG5170 vor: Hochpräziser 3D-Hall-Effekt-Sensor für Echtzeitsteuerung in der Fabrikautomation

Texas Instruments hat die Markteinführung des TMAG5170 angekündigt, dem ersten Mitglied einer neuen Familie von 3D-Hall-Effekt-Positionsensoren, die für Echtzeitsteuerung in der Fabrikautomation und Motorenantriebssystemen entwickelt wurden.

Der TMAG5170 bietet integrierte Diagnosefunktionen und erweiterte Features, die Designflexibilität erhöhen, Systemsicherheit verbessern und Energieverbrauch reduzieren.

Hall-Effekt-Sensoren, wie alle magnetischen Wandler, beinhalten einen Trade-off zwischen ultra-hoher Genauigkeit und hohem Durchsatz. Ein wirklich stabiler Sensor behält seine Leistung über Temperaturschwankungen, Umgebungsbedingungen und externe Magnetfelder bei, doch sowohl extreme Präzision als auch schnelle Datenraten zu erreichen, ist herausfordernd.

TI behauptet, dass der TMAG5170 diese Lücke schließt und sowohl hohe Präzision als auch höheren Durchsatz bietet. „Der erhöhte Durchsatz führt zu geringerem Stromverbrauch, wenn nicht die volle Geschwindigkeit erforderlich ist“, sagt Steven Loveless, TIs Marketing- und Applikationsmanager für Positionssensorprodukte.

Automatisierte Lagerroboter. (Quelle: TI)

Positionsensoren

Positionsensing ist integraler Bestandteil hochleistungsfähiger automatisierter Systeme, die Bewegung regeln. Die Wahl des Sensors beeinflusst direkt Kosten, Leistung und Zuverlässigkeit. Absoluten Positionsmessungen mit Hall-Effekt linearen Mehrfachachs-Sensoren müssen exakt, schnell und zuverlässig sein – um präzise Echtzeitsteuerung zu gewährleisten.

Eine kritische Designüberlegung für 3D-Hall-Effekt-Sensoren ist die Fähigkeit, einen frei beweglichen Magneten zu detektieren und seine Position zuverlässig zu verfolgen. Da das Magnetfeld um einen Magnetenpol typischerweise symmetrisch ist, kann derselbe Input von mehreren Orten entstehen. Genaue absolute Lokalisierung erfordert daher sorgfältiges Design, das subtile Änderungen in der magnetischen Flussdichte nutzt, um die Bewegung des Magneten zu differenzieren.

Echtzeitsteuerung

In Smart Factories müssen hochautomatisierte Systeme nahtlos innerhalb eines integrierten Fertigungsflusses operieren, während sie kontinuierlich Daten sammeln, um Operationen zu optimieren. Echtzeit-3D-Positionsensing ist essenziell für hocheffiziente, niedrig-ausfallende Automatisierung.

„Systeme, die auf Positions- oder Bewegungsrückführung basieren, sind hochdynamisch und müssen schnell auf Variationen in Last, Geschwindigkeit und anderen Parametern reagieren“, sagt Loveless. Der neue TI-Sensor ist darauf ausgelegt, diese dynamischen Bedingungen mit größerer Genauigkeit zu erfassen und schnellere Systemreaktionen zu ermöglichen.

TI berichtet, dass der TMAG5170 einen 2,6-prozentigen Full-Scale-Gesamtfehler bei Raumtemperatur erreicht, mit einer Gesamtfehlerdrift von nur 3 Prozent. Dies eliminiert die Notwendigkeit für End-of-Line-Kalibrierung und Off-Chip-Fehlerkompensation, was Design und Fertigung vereinfacht. Der Sensor unterstützt Abtastraten bis zu 20 kSPS und bietet niedrig-latenten Durchsatz für hochgeschwindige mechanische Bewegung.

Er eliminiert auch die Notwendigkeit für Off-Chip-Berechnungen und ermöglicht variable Sensor-Magnet-Orientierungen durch Features wie einen Winkelberechnungs-Engine, Messwert-Mittelung und Gain/Offset-Korrektur. Unabhängig von der Platzierung vereinfachen diese Eigenschaften das Design, erhöhen die Systemanpassungsfähigkeit, reduzieren Control-Loop-Latenz und erleichtern Softwareentwicklung. Die integrierte Berechnungsengine kann die Verarbeitungslast eines Systems um bis zu 25 Prozent senken, sodass Ingenieure General-Purpose-Mikrocontroller – wie TIs Low-Power MSP430 MCUs – einsetzen können, während die Kosten niedrig bleiben.

Das Diagramm unten zeigt den TMAG5170, der die exakte Winkelposition einer Motorwelle überwacht. Ein Sensor, der High-Bandwidth-Messwerte liefert, verbessert die Feedback-Loop-Geschwindigkeit und steigert die Gesamtleistung des Systems.

Ein Beispiel für eine TMAG5170 Applikation. (Quelle: TI)

Stromverbrauch ist ein Schlüsselfaktor bei der Auswahl eines Positionsensors, besonders für batteriebetriebene oder Low-Power-Plattformen. Sensoren mit Low-Power-Betriebsmodi – wie Wake-Up, Sleep und Deep-Sleep – sind in energiebeschränkten Systemen üblich. TI behauptet, dass die mehreren Betriebsmodi und Abtastraten des TMAG5170 die Energieeffizienz um bis zu 70 Prozent steigern können, und optimale Stromnutzung über einen 1-bis-20 kHz Abtastrange für batteriebetriebene Geräte oder Low-Use-Modi bieten, wenn Effizienz paramount ist.

Magnetisches und mechanisches Design-Flexibilität profitiert auch von 3D-linearen Hall-Effekt-Sensoren, die variable magnetische Empfindlichkeitsstufen und Temperaturkorrekturoptionen unterstützen. Sicherheit und Diagnostik werden zunehmend wichtiger, um Geräteausfallzeiten zu verhindern und hohe Fertigungsqualität zu gewährleisten, da automatisierte Systeme neben Menschen operieren. Folglich sind Präzision, Geschwindigkeit, Leistung und Anpassungsfähigkeit entscheidende Designüberlegungen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times veröffentlicht.

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