技术标签: 芯片选型、解决方案 电机控制 硬件 无刷电机FOC 磁编码器
磁编码器
以其独特的优点,在近两年的产品应用上十分流行。它体积小巧
、安装方便
、分辨率高
、较光电编码器成本更低
、不受灰尘油渍影响
、可非接触安装
、便于与电机集成一体实现伺服控制
。相较于光电编码器,磁编码器的寿命几乎无限长
,没有红外二极管的光衰对寿命造成影响。另外光电编码器内部需要高精度光栅,对生产的安装精度、洁净度、器件质量
有严格的要求。而磁编码器在这方面则宽松了很多,只要强磁与芯片的同心度不是太差、间隔不是太远,都能良好的输出信号。
本文主要以 TLE5012B
、MA730
、AS5047P/D
、AS5048A/B
这几款常用的磁编码器的数据手册为参考资料,详细讲解磁编码器的原理、安装、输出方式、注意事项。
(TLE5012B的磁传感元件 为GMR巨磁阻,AS5047P/D、AS5048A/B为霍尔)
磁编码器的主要组成部分有:磁编码器芯片
、径向充磁强磁
。
径向充磁强磁
与输出轴
同轴旋转,磁编码器传感器
就位于强磁的垂直上方不远处。
磁编码器芯片
内部主要由这几部分组成:GMR巨磁阻/霍尔传感器
、ADC模/数转换单元
、AGC自动增益单元
、ATAN2方向角运算单元
、插补、误差补偿
、外部输出总线
。
(以下内容翻译自 TLE5012B手册,故磁传感元件为GMR巨磁阻)
磁编码器
使用垂直整合集成在一起,这意味着,对GMR敏感的区域被集中在器件的逻辑部分上方,它们的电阻取决于磁场的方向的变化
。
四个单独的GMR元件连接成一个惠斯通电桥
。 这些GMR元件可感测所施加磁场的两个分量之一:
•X分量,Vx(余弦)或
•Y分量,Vy(正弦)
采用这种全桥
结构,可获得最大的GMR信号,并且抵消彼此的温度效应
。
径向充磁磁铁
在元件上方旋转,两组电桥便会产生相位相差90°的正弦波
输出。之后ADC采样两个惠斯通电桥的输出,进行数字量化。
最后使用三角函数ARCTAN2
,进行方位角运算
,便可从传感器电桥的原始X和Y信号中,计算出真实的360°旋转角度值
。
将磁编码器芯片
、电源
、MCU
、电机驱动控制电路
设计在同一块PCB,安装散热外壳,留出外部供电
和通信控制
接口。便成为了一款紧凑型伺服电机
的模板。
根据电机的多余孔位,设计PCB,将磁编码器芯片
、接插件
焊接在上面。电源、MCU、电机驱动控制电路
通过 外部连线
与之连接。
此模式适用于传统伺服电机+控制器分体
的设计,不过如果磁编码器与控制器的总线传输距离过长,需要增加差分芯片
,将信号转换为差分传输。(或者板载MCU,转换为485/CAN
这类总线,用报文通信)
输出的信号通常有 ABZ正交编码
、Step/Direction 步进脉冲/方向
、UVW
、PWM
、模拟量
这些常用形式,也有IIC
、SPI
这些总线接口,可根据项目需求去选择对应型号。
由于磁编码器的分辨率较高,而且一般不经过减速器,直接与电机同轴安装,所以传统接口很难满足高速电机的需求,而IIC
、SPI
总线的形式在这方面较为灵活,也有利于后期的误差校准
、角度的快速定位
。
强磁
一定要用径向充磁
的。
充磁方向主要有两种:轴向充磁
、径向充磁
。买前一定要向店家问清楚。
强磁
与磁编码器芯片
不能靠的太远。
只要不是特别远,内部AGC都可以靠自动增益来补偿距离的影响。但太远会引入过多的外部干扰,导致输出信号不准确。
一般选用直径在6-8mm
的径向充磁
铁钕硼强磁
,磁体与磁编码器芯片的距离一般为 0.5~3mm
。同轴偏心控制在1mm
以内。
======观完意犹未尽的话,欢迎到这两篇造访======
以前写过的两篇磁编码器选型,希望对各位有帮助
TLE5012B 硬件电路设计、4线SPI通信,驱动完美兼容4线SPI不用改MOSI开漏推挽输出
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