TI presenta TMAG5170: sensor Hall 3D de alta precisión para control en tiempo real en automatización de fábrica

Texas Instruments ha anunciado el lanzamiento del TMAG5170, el primer miembro de una nueva familia de sensores de posición Hall 3D diseñados para control en tiempo real en automatización de fábrica y sistemas de accionamiento de motores.

El TMAG5170 ofrece diagnósticos integrados y características avanzadas que mejoran la flexibilidad de diseño, aumentan la seguridad del sistema y reducen el consumo de energía.

Los sensores Hall, como todos los transductores magnéticos, implican un compromiso entre ultra-alta precisión y alto rendimiento. Un sensor verdaderamente estable mantiene su rendimiento ante variaciones de temperatura, condiciones ambientales y campos magnéticos externos, sin embargo lograr tanto precisión extrema como tasas de datos rápidas es desafiante.

TI afirma que el TMAG5170 cierra esta brecha, ofreciendo tanto alta precisión como mayor rendimiento. «El mayor rendimiento se traduce en menor consumo de energía cuando no se requiere velocidad máxima», dice Steven Loveless, gerente de marketing y aplicaciones de productos de detección de posición de TI.

Robots de almacén automatizados. (Fuente: TI)

Sensores de posición

La detección de posición es integral para sistemas automatizados de alto rendimiento que regulan el movimiento. La elección del sensor influye directamente en coste, rendimiento y fiabilidad. Las mediciones de posición absoluta usando sensores Hall lineales multi-eje deben ser exactas, rápidas y fiables —asegurando control preciso en tiempo real.

Una consideración crítica de diseño para sensores Hall 3D es la capacidad de detectar un imán en movimiento libre y rastrear su posición de forma fiable. Dado que el campo magnético alrededor del polo de un imán es típicamente simétrico, la misma entrada puede surgir de múltiples ubicaciones. La ubicación absoluta precisa requiere por tanto un diseño cuidadoso que explote cambios sutiles en la densidad de flujo magnético para diferenciar el movimiento del imán.

Control en tiempo real

En fábricas inteligentes, sistemas altamente automatizados deben operar sin problemas dentro de un flujo de fabricación integrado mientras recopilan datos continuamente para optimizar operaciones. La detección de posición 3D en tiempo real es esencial para automatización de alta eficiencia y bajo tiempo de inactividad.

«Los sistemas que dependen de realimentación de posición o movimiento son altamente dinámicos y deben responder rápidamente a variaciones en carga, velocidad y otros parámetros», dice Loveless. El nuevo sensor de TI está diseñado para capturar estas condiciones dinámicas con mayor precisión, permitiendo respuestas de sistema más rápidas.

TI reporta que el TMAG5170 alcanza un error total a escala completa del 2,6 % a temperatura ambiente, con una deriva de error total de solo el 3 %. Esto elimina la necesidad de calibración de fin de línea y compensación de error off-chip, simplificando diseño y fabricación. El sensor soporta tasas de muestreo hasta 20 kSPS, proporcionando rendimiento de baja latencia para movimiento mecánico de alta velocidad.

También elimina la necesidad de computación off-chip y permite orientaciones variables sensor-imán mediante características como motor de cálculo de ángulo, promediado de mediciones y corrección de ganancia/offset. Independientemente de la colocación, estas características simplifican el diseño, mejoran la adaptabilidad del sistema, reducen la latencia del bucle de control y facilitan el desarrollo de software. El motor de cálculo integrado puede reducir la carga de procesamiento del sistema hasta en un 25 %, permitiendo a ingenieros usar microcontroladores de propósito general —como los MCU MSP430TM de bajo consumo de TI— manteniendo costes bajos.

El diagrama siguiente muestra el TMAG5170 monitorizando la posición angular exacta de un eje de motor. Un sensor capaz de lecturas de alto ancho de banda mejora la velocidad del bucle de realimentación, impulsando el rendimiento general del sistema.

Ejemplo de aplicación del TMAG5170. (Fuente: TI)

El consumo de energía es un factor clave al seleccionar un sensor de posición, especialmente para plataformas alimentadas por batería o de bajo consumo. Sensores con modos de operación de bajo consumo —como wake-up, sleep y deep-sleep— son comunes en sistemas con restricciones energéticas. TI afirma que los múltiples modos de operación y tasas de muestreo del TMAG5170 pueden mejorar la eficiencia energética hasta en un 70 %, entregando uso óptimo de potencia en un rango de muestreo de 1 a 20 kHz para dispositivos alimentados por batería o modos de bajo uso cuando la eficiencia es primordial.

La flexibilidad de diseño magnético y mecánico también se beneficia de sensores Hall lineales 3D que soportan niveles variables de sensibilidad magnética y opciones de corrección de temperatura. La seguridad y diagnósticos son cada vez más vitales para prevenir tiempo de inactividad de equipos y garantizar alta calidad de fabricación mientras sistemas automatizados operan junto a humanos. Consecuentemente, precisión, velocidad, potencia y adaptabilidad son consideraciones de diseño primordiales.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE Times.

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