ZHCABH1 January 2022 DRV5021 , DRV5021-Q1 , DRV5023 , DRV5023-Q1 , DRV5032 , DRV5033 , DRV5033-Q1 , TMAG5123 , TMAG5123-Q1 , TMAG5124 , TMAG5124-Q1 , TMAG5131-Q1 , TMAG5231 , TMAG5328
2.3 磁體傳感器放置
由于翹板開關可能外形小巧，從最終用戶的角度來看，其結構遮擋了磁體，因此磁體可能尺寸小巧，而磁體越小，磁場就越弱。前面提到，與磁體的偏移越遠，磁場就越弱。因此，當開關完全接通且磁體與 DUT 并聯(lián)時，要讓器件獲得最大磁場，應將磁體中央對準 DUT 的霍爾元件中央。
要快速了解器件的觸發(fā)條件，請選擇一個適合圖 2-10 所示開關結構的磁體，然后執(zhí)行一些計算或仿真，以獲取所需的距離。在計算過程中，利用 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool。截止本文撰寫之時，市面上最小的非定制磁體是 N42 釹磁體，其尺寸遠遠小于 1 英寸，小巧的尺寸非常適合目標開關?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的最小磁體的大小為 1/8in × 1/8in × 1/16in (3.175mm × 3.175mm × 1.5875mm)。N42 是一種強磁體，幾個霍爾效應開關在低 mT 范圍內具有觸發(fā)閾值。特別是，BRP 最小閾值可能低至 0.5mT。這就立即引發(fā)了一個問題，翹板在安靜狀態(tài)下能否移至足夠遠的距離，以低于 BRP 閾值。
因為磁體呈弧形移動，工具中使用適用于磁體移動的鉸鏈選項。隨后，根據(jù)經驗推測在制造的機械開關的范圍內哪些器件或許能夠正常工作。因此，磁體和霍爾效應開關置于圖 2-11 所示的位置。之所以使用此配置，是因為建模的器件可以通過 A 和 B 兩個位置的參數(shù)化尺寸快速修改。借助 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool，尺寸 A 相當于傳感器 Z 偏移 + 器件高度（假設為 1.12mm），尺寸 B 相當于磁體 Z 偏移 乘以 –1（由于工具偏移是以 z 軸為基礎而不是 x 軸）。兩個尺寸都與鉸鏈軸相關，鉸鏈軸是翹板開關軸的中心。最終尺寸為 C，這相當于圓弧半徑。在安靜狀態(tài)下，此尺寸受到所需開關寬度的限制。為了簡化設計迭代，假定為 13.5mm。
要使用 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool，仍須輸入有效的電源電壓值以及器件類型和器件。有效的電源電壓是指在德州儀器 (TI) 霍爾效應位置感應產品組合中至少一個器件的建議工作范圍內的任意電壓。在此，5V 電壓比較合理，但對于汽車級器件，也可使用高達 38V 的電壓。對于器件類型，輸入單極或全極開關；然而，不一定要監(jiān)測全極開關的磁體極性，這樣可簡化制造流程。選擇器件時，工具會提供根據(jù)每個特定器件的后綴選擇封裝的選項。由于使用了 SOT-23 表面貼裝，應尋找以 DBZ 結尾的器件名。
DRV5033FAQDBZ 具有汽車標準產品，是理應評估的第一個器件。目標是尋找合適的器件和相應的參數(shù)，其中 BOP 最大值和 BRP 最小值在 a1 和 a2 的范圍內，如圖 2-12 的中間圖形所示。確保 BOP 最大值和 BRP 最小值在界定范圍內，由于器件的 BOP 和 BRP 閾值可能偏離典型值，在最壞的情況下甚至可以達到最大值或最小值，因此在設計時應考慮器件差異和溫度漂移。如果磁場過強，輸出圖形與左圖相似，系統(tǒng)大規(guī)模生產的一些器件可能無法觸發(fā)高電平。而如果磁場過弱，工具電壓輸出圖形與右圖相似，一些系統(tǒng)量產器件可能一直無法觸發(fā)低電平。
在處理傳感器 Z 偏移和磁體 Z 偏移的幾次迭代之后，根據(jù)圖 2-13 所示的工具找到了合適的值。
圖 2-13 DRV5033FA 初步分析如圖 2-13 所示，器件應在翹板達到 0° 之前觸發(fā)低電平，進入一個工作狀態(tài)，而在 45°（安靜狀態(tài)的邊界）之前觸發(fā)高電平。雖然這種方法很好，并且考慮了器件差異和溫度漂移，但是仍然無法提供很多裕度，而這對于系統(tǒng)制造公差可能必不可少。由于存在系統(tǒng)制造公差，磁體可能在機械開關結構中偏移，霍爾效應開關可能在 PCB 上偏移，或者機械開關可能在 PCB 上偏移?？紤]到這一點，需要增加設計裕度，因此應考慮具有不同靈敏度且 BOP 和 BRP 閾值更高的型號 DRV5033AJQDBZ。這樣做的動機是，當考慮 B 場圖形特性時，同時超過兩個閾值所需的范圍變化小得多。圖 2-14 說明 BOP 和 BRP 的相等差異可以產生大不相同的機械范圍，具體取決于閾值的高低。如果磁體可以移至霍爾效應開關附近，磁場就強得多，具有相對等效的 Bhys 規(guī)格的器件的空間遲滯范圍就小得多。
在對傳感器 Z 偏移變量進行處理后，裕度得到了小幅提高，如圖 2-15 所示。這種小幅提高并不會令人感到意外，因為對于 DRV5033AJ，BRP 最小值僅提高了 0.5mT，典型遲滯更大。
圖 2-15 DRV5033AJ 初步分析因此，對另一器件 DRV5032ZEDBZ 進行了評估，在 TI 霍爾效應傳感器產品系列中，該器件目前的開關閾值最高，BOP 最大值為 63mT，BRP 最小值為 30mT。
圖 2-16 DRV5032ZE 初步分析圖 2-16 說明 DRV5032ZE 確實前景廣闊。然而，通過進行盡職調查，我們發(fā)現(xiàn)了一個問題。由于磁體尺寸小巧并且需要強磁場，因此必須保證制造公差較低。如果磁體 x、y 和 z 偏移公差均為 +1.25mm，那么可能在有些系統(tǒng)中開關一直無法觸發(fā)低電平，如圖 2-17 所示。因此，如果繼續(xù)使用此器件，理想的做法是使用尺寸略大的磁體，要求長度和寬度相同，但厚度較厚。
圖 2-17 DRV5032ZE_Adjusted_Analysis| 規(guī)格 | DRV5033FA | DRV5033AJ | DRV5032ZE |
|---|---|---|---|
| 磁體移動 | 鉸鏈 | 鉸鏈 | 鉸鏈 |
| 磁體形狀 | 塊 | 塊 | 塊 |
| 磁體方向 | 南向 DUT | 南向 DUT | 南向 DUT |
| 磁體 L | 3.175 mm | 3.175 mm | 3.175 mm |
| 磁體 W | 3.175 mm | 3.175 mm | 3.175 mm |
| 磁體 T | 1.5875 mm | 1.5875 mm | 1.5875 mm |
| 磁體材料 | N42 | N42 | N42 |
| 溴 | 13000G | 13000G | 13000G |
| a1 | 0° | 0° | 0° |
| a2 | 45° | 45° | 45° |
| X 偏移 | 0 mm | 0 mm | 0 mm |
| Y 偏移 | 0 mm | 0 mm | 0 mm |
| 傳感器 Z 偏移 | -8.45 mm | -6.68 mm | -1.98 mm |
| 磁體 Z 偏移 | 1.21 mm | 1.21 mm | 1.21 mm |
| 圓弧半徑 | 13.5 mm | 13.5 mm | 13.5 mm |
| VSupply | 5V | 5V | 5V |
| 器件類型 | DRV5033FAQDBZ | DRV5033AJQDBZ | DRV5032ZEDBZ |