随着工业4.0浪潮席卷而来，传统制造业正向自动化、数字化、智能化转型。高度自动化的系统离不开精准的位置感应，以及时地收集数据并做出更明智的决策，进而保证设备安全可靠地运行。

3D霍尔效应传感器独具优势

在评估出色的位置感应解决方案时，需要同时考虑传感器精度、速度、功率、灵活性和可靠性等因素。相比其他位置传感器，多轴线性霍尔效应位置传感器可提供高度精确、快速且可靠的绝对位置测量，非常适合精密自动化工业应用。

德州仪器 (TI)位置传感器产品营销及应用经理Steven Loveless表示，3D霍尔效应位置传感器可以独立测量三个不同轴的磁场。对于任何磁体，都会产生一个磁场，该磁场可以用空间中任何一点的三维向量来表示。如果传感器只能测量这些轴中的一个磁场，那么可检测的位置类型仅限于直线路径，甚至可检测的运动范围也会受到限制。由于所有轴都可以在空间中进行绝对测量，因此可以使用单个传感器测量任意3D运动，例如操纵杆、旋转和推动旋钮、球形运动等。当然，3D传感器也可用于测量1D线性运动，同时额外轴的附加信息可以提高测量精度或指示异常行为，例如是否存在外部磁场干扰或违背规定运动路径的情况。

然而近年来，BLDC电机的无传感器控制不断改进，无传感器解决方案在电机控制中得到了很好的发展。作为业界领先的开发高性能无传感器解决方案的公司之一，德州仪器如何看待这种趋势呢？Steven Loveless表示，虽然BLDC的无传感器系统将进一步发展，但总会有使用简单霍尔效应锁存器的BLDC控制系统存在，因为这种方式在特定控制情况中更有优势。更重要的是，霍尔效应传感器中最大、增长最快的市场是位置测量传感器，3D霍尔效应传感器这种能够测量真实位置的传感器广受欢迎。

TI首款全新3D霍尔效应位置传感器TMAG5170

不久前，德州仪器 (TI)推出了一款精确的3D霍尔效应位置传感器——TMAG5170，可在高达20 kSPS的速度下无需校准即可实现超高精度，从而在工厂自动化和电机驱动应用中进行更快速、更精确的实时控制。这也是TI全新3D霍尔效应位置传感器系列中的第一款器件。

TMAG5170可在室温下提供低至2.6%的满量程总误差。它还具有低至3%的总误差漂移（比同类竞品至少低30%），并且在横轴场存在的情况下，误差比同类器件至少低35%。这些特性使TMAG5170能够提供比任何其他3D霍尔效应位置传感器更高的精度，无需终端校准和片外误差补偿，可简化系统设计和制造。

功耗方面，TMAG5170具有多个运行模式和采样率。与其他精密线性3D霍尔效应传感器相比，其电源效率至少能提升70%，可在1kHz至 20kHz采样范围内为电池供电器件或关注系统效率的轻负载模式降低功耗。

采用TMAG5170线性3D霍尔效应位置传感器的自主移动机器人轮子电机模块方框图（图源：TI公司）

在自主移动机器人案例中，轮子的电机和电机控制器之间形成反馈环路。TMAG5170线性3D霍尔效应位置传感器可监测电机轴的确切角度位置和电机驱动器，从而使电机旋转。除了此反馈环路中显示的所有元素外，该线性3D霍尔效应传感器通常会对系统带宽和延迟有直接影响。通过采用能够进行高带宽测量的传感器，可以提高此反馈环路的整体速度并增强系统性能。

据Steven Loveless介绍，TMAG5170特色在于其具有更高的吞吐量和超高的3D精度以及集成和诊断功能，可帮助设计人员在移动机器人、线性电机驱动器、自动化过程控制设备以及电器的运动控制中实时地对系统进行控制。

3D传感器的应用在传感器的功能和设备类型方面有很大差异。通常情况下，任何利用位置或运动反馈来提供实时控制的系统都可能受益于精密的3D霍尔效应传感器。从精密阀门到执行器控制、自主移动机器人到线性电机系统，任何自动化或机器人系统都可能使用3D传感器进行线性或角度测量。

Steven Loveless透露，TI即将推出一款车规级的TMAG5170-Q1，为汽车市场提供差异化的霍尔效应传感解决方案。该款产品在TI.com上已处于预发布状态。车规级产品符合工业设备的核心设计理念，适用于汽车应用。

此外，TI还通过TMAG5273提供功耗低且更通用的3D磁场测量，适用于电网基础设施、计量和楼宇自动化等应用。TI内部拥有的工艺技术使其能够根据客户产品的需求定制核心技术，并最终为客户提供高价值的解决方案。同时，根据不同的应用需求，TI还开展了TMAG5170和其他磁性传感器产品组合的许多创新应用。

目前看来，TI对3D霍尔效应传感器的发展很有信心，下一步的研发计划也在持续推进中。“传感器是电子设备与现实世界之间的接口，德州仪器 (TI) 正在整个传感领域进行创新以改进该接口。 具体而言，磁性位置传感器使我们相信 TI 可以在关键领域提供独特技术和差异化产品来解决客户最具挑战性的问题。 未来，TI将继续在该领域开发和发布更多产品”Steven Loveless表示。