ZHCABB5A april 2022 – april 2023 LDC3114 , TMAG5110 , TMAG5111 , TMAG5124
包含活動器件的消費類產(chǎn)品已經(jīng)從純機械產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成通過集成電路 (IC) 實現(xiàn)電子控制的機電產(chǎn)品。以逐步改進的洗衣機為例,它最初非常簡單,就是一根棍棒,或者說一根槳狀的棍棒,通過在河中的巖石上捶打衣物來去除衣物上的污垢。中世紀以來,洗衣機已經(jīng)從棍棒演變成了洗衣桶和洗衣板,后來又增加了絞水桶,接著洗衣桶和絞水桶又實現(xiàn)了電動化,最終在 1947 年轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴诂F(xiàn)今產(chǎn)品的自動洗衣機。
現(xiàn)今的電器使用許多類型的傳感器來測量水位、旋鈕選擇器和溫度等。自 1990 年微控制器 (MCU) 問世后,人們可以收集電器上的傳感器信息,并根據(jù)這種新數(shù)據(jù)集做出明智的決策。例如,在旋轉(zhuǎn)周期,當振動導致衣物轉(zhuǎn)移到內(nèi)筒一側(cè)時,MCU 以振蕩運動緩慢地轉(zhuǎn)動內(nèi)筒,直到衣物均勻分布,然后再繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)。這樣可防止洗衣機及周圍物件受到損壞。
本文介紹了借由霍爾效應(yīng)和電感式位置傳感器實現(xiàn)的三種感測創(chuàng)新技術(shù),可以提升功能、可靠性、精確度和系統(tǒng)靈活性。
感測解決方案 1 – 增加布局靈活性的旋轉(zhuǎn)編碼
在洗衣機和烘干機中,旋轉(zhuǎn)編碼決定轉(zhuǎn)筒的速度和方向,這些信息對于 MCU 管理不同的洗衣模式和旋轉(zhuǎn)周期非常重要。與采用兩個霍爾效應(yīng)鎖存器的傳感器相比,通過集成了真正 2D 鎖存器的單一器件來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)編碼,可以實現(xiàn)更靈活的傳感器布局。2D 鎖存器能夠監(jiān)視所有三個靈敏度軸,使設(shè)計人員可根據(jù)磁體方向選擇具有兩個方向靈敏度的特定器件。如果沒有上述功能,兩個單獨的傳感器會給系統(tǒng)設(shè)計帶來挑戰(zhàn),因為在一些情況下,需要將一個傳感器朝向一個方向,另一個傳感器朝向另一個方向。
盡管旋轉(zhuǎn)編碼并不是什么新的概念,但是能夠?qū)?IC 放置在最方便的位置仍舊是很多雙鎖存器霍爾效應(yīng)傳感器所不具備的一項優(yōu)勢。此外,通過板載 2D 鎖存器可以進一步提高環(huán)形磁極寬度的靈活性,如圖 1 中所示。請查看 TMAG5110 和 TMAG5111,這些雙路 2D 鎖存器可以輕松靈活地提供數(shù)字正交簽名。
圖 1 采用環(huán)形磁體和各種傳感器布局實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)編碼通常情況下,家用電器的工作環(huán)境不太干凈。對于容易發(fā)生食物溢濺(爐灶臺面)和油脂堆積(抽油煙機)的環(huán)境,密封的觸控按鈕將是理想的設(shè)計。電感技術(shù)間接且非常準確地測量傳感器線圈到金屬觸控按鈕的距離,是此用例的理想選擇,因為它可以使用實心金屬片來制作觸控按鈕,從而將外界環(huán)境與傳感器隔離開來。這項技術(shù)具有能夠測量微米范圍內(nèi)目標的固有功能,因此可以實現(xiàn)非常精確的力檢測,除了簡單的開/關(guān)之外,還提供其他按鈕功能。圖 2 顯示了如何利用電感技術(shù)實現(xiàn)無縫界面。
圖 2 用于觸控按鈕電感式感測技術(shù) (LDC3114) 提供以下優(yōu)勢:
| 機械開關(guān) | 簧片開關(guān) | DRV5032 霍爾效應(yīng)傳感器 | TMAG5124 霍爾效應(yīng)傳感器 | |
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優(yōu)點 |
成本最低的方案 |
對 MCU 通用 I/O 進行脈沖將為器件供電,從而實現(xiàn)可變采樣操作。 |
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缺點 |
會因連續(xù)使用而出現(xiàn)磨損,可能導致過早損壞。 |
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機械開關(guān)或非接觸式磁性開關(guān)可檢測冰箱、洗衣機和烘干機等家用電器的蓋門開合情況。經(jīng)濟實惠型電器由于價格較低,通常采用機械或磁性簧片開關(guān)。這類開關(guān)已經(jīng)使用了幾十年,但它們也面臨挑戰(zhàn)(請參閱表 1)。
高端電器通常采用磁性霍爾效應(yīng)傳感器,因為這些傳感器具有多項優(yōu)勢(請參閱表 1,其中包括兩款 TI 的霍爾效應(yīng)傳感器)。DRV5032 被認為是一種低功耗器件,因為該器件以低至 5Hz 的速率由內(nèi)部占空比控制工作。TI 產(chǎn)品系列中的其他器件能夠以更低的速率進行下電上電,但需要注意的是,設(shè)計人員必須等待開通時間過后才能開始采樣。
采用 TMAG5124 等雙線電流輸出器件比電壓輸出器件具有顯著的優(yōu)勢,如表 1 中所示。圖 3 顯示了 TMAG5124 的高側(cè)配置連接方式以及小型 PCB 實現(xiàn)方式。需要注意的是,盡管雙線霍爾效應(yīng)傳感器確實需要 PCB,但它們的體積通常不大也不笨重。
圖 3 TMAG5124 雙線連接和小型 PCB 實現(xiàn)本應(yīng)用簡報中提供的位置感測設(shè)計展示了如何在家用電器中使用霍爾效應(yīng)傳感器和電感式傳感器。如需了解具體的家用電器信息,請參閱表 2。該表列出了可使用 TI 位置感測器件實現(xiàn)的一些家用電器以及功能。如需了解如何在設(shè)計中使用這些功能的更多信息和資源,請訪問表中的鏈接。參考文獻 一節(jié)提供了其他一些資源,其中包括開始設(shè)計工作所需的重要文檔。
| 設(shè)備 | 功能 | 鏈接 |
|---|---|---|
| 爐灶臺面 | 旋轉(zhuǎn)撥盤和旋鈕 | E2E? 常見問題解答 |
| 烤箱 | 觸控按鈕、旋轉(zhuǎn)撥盤和旋鈕 | E2E? 常見問題解答 |
| 抽油煙機 | 觸控按鈕和翹板開關(guān) | E2E? 常見問題解答 |
| 冰箱 | 開合檢測和制冰控制桿 | E2E? 常見問題解答 |
| 洗碗機 | 開合檢測和觸控按鈕 | E2E? 常見問題解答 |
| 洗衣機和烘干機 | 開合檢測、滾筒速度檢測、水位和觸控按鈕 | E2E? 常見問題解答 |