芯片應用 | 機電分離式水表中的磁阻芯片使用注意事項 - 磁傳感器知識 - 傳感器知識庫
磁傳感器知識

芯片應用 | 機電分離式水表中的磁阻芯片使用注意事項

發布日期:2020年10月30日    瀏覽次數:3328

auto_3430.png

 機電分離式水表,是將機械傳動和電子計量部分完全分開。與傳統一體式水表相比,機電分離式設計提高了電子元件壽命,加快了模塊化生產效率,方便了售后維護。近幾年來,機電分離式水表在智能水表領域成了主流設計。本文結合了多維科技多年來服務于各大水表廠商的技術應用經驗,選取幾個比較關心的話題與大家分享。

 

 

一、功耗的問題

 

 

 因傳統的脈沖水表都采用干簧管的來做,干簧管是機械部件,本身沒有功耗,但機電分離水表干簧管的靈敏度不夠,只能采用靈敏度高的磁阻傳感器芯片的方案,磁阻傳感器芯片是電子器件,是有一定功耗的。如果磁阻傳感器芯片本身選型得當,設計、生產和灌封環節多注意,也不會出現功耗大的問題。下面從芯片選型、設計焊接和灌封工藝幾個方面進行分析。


1.磁傳感器芯片選型

 

 目前磁傳感器芯片主要為霍爾和磁阻傳感器芯片,磁阻傳感器芯片從發展歷程來看主要分為三代AMR、GMR和TMR,從低功耗角度來講,AMR和GMR 磁阻傳感器芯片的功耗較大,一般在mA級,為了降低功耗,內部與低功耗霍爾芯片一樣采用休眠喚醒,也就是分時供電的模式來工作,為了使得功耗降低到一定的程度,大部分時間都在休眠狀態,從而存在漏計脈沖的風險?;魻柋旧淼某杀疽雀苫晒艿秃芏?,為何在傳統的脈沖表里面沒有替代干簧管,除了一致性的問題,另外一個主要的問題就是功耗大,原因是分時供電電路部分的電路工作不穩定,導致的功耗變大,并且功耗可能會成千倍的增長,將水表電池能量很快消耗完。為了避免此問題,水表的控制板會單獨控制霍爾的供電管腳,定時的上電讀取數據,再斷電的二次外部分時供電模式,這樣芯片一直在外部和內部反復的切換上電和斷電的工作模式。這樣的工作模式一方面外部會增加水表控制模塊的工作量和功耗,另外芯片本身長期的處于上電和斷電的狀態,對自身工作的穩定性和壽命都會有影響。

 分時供電的AMR磁阻傳感器芯片從低功耗的設計原理來看,與霍爾也是一樣的,所以作為水表計量最為關鍵的傳感器采集部分,都存在上面提到的與霍爾一樣的情況,采用分時供電的模式,芯片會有“睡了不醒”,或“睡的時間太長”,導致的采樣率低、漏計脈沖的情況發生,反過來說,如果芯片“長期失眠”,或“睡眠不足”,則會導致芯片的功耗直線上升。

 

auto_3431.png

圖一 某AMR磁阻芯片的工作電流和休眠電流

 

auto_3432.png

圖二 霍爾和AMR磁阻芯片的休眠喚醒工作周期


 多維科技的TMR磁阻傳感器芯片與AMR、GMR磁阻傳感器芯片相比較,本身阻值很高,不用做任何的處理就能做到uA級的功耗,不用分時供電,響應速度也高,工作狀態下功耗只有其他磁阻傳感器芯片的近千分之一,頻率響應高達1KHz,是其他磁阻傳感器芯片的50-100倍,不會有漏計脈沖的風險,表廠也不用考慮將磁阻傳感器芯片放在哪個升位,即使放在升位或純電子水表的計量都沒有問題。數據采集部分可以中斷而不是輪詢的方式。圖三是磁傳感器技術的參數對比,多維科技的TMR磁阻傳感器芯片的功耗最低,靈敏度最高,結構也相對復雜。

auto_3433.png

圖三 磁傳感器技術參數對比

 

綜上所述,從芯片選型來看,從本源上選擇多維科技的低功耗TMR磁阻傳感器芯片,不會出現因為芯片本身的問題導致的功耗大。 


2.電路板設計和焊接工藝

 

 機電分離式水表的磁阻傳感器芯片感應方向是水平于芯片表面,為了與磁鐵更好的匹配,一般都用直插件,在設計管腳的時候,要注意焊盤之間的間距,不宜過小,太小容易造成焊接時候的連焊。另外孔徑要設計的合理,TO92S封裝的插件底部的管腳略寬,孔徑合適,芯片插入后會卡住,不會晃動,以防止人工焊接時松動,導致焊歪,從而影響一致性。另外要用質量好的助焊劑,如助焊劑選的不好,會導致管腳之間阻值變小,影響芯片的正常工作和功耗,助焊劑焊接完成后最好用酒精棉擦拭下。在灌封之前最好加電做靜態功耗測試。

 

3.灌封工藝

 

 因水表長期工作在潮濕的環境中,需要將磁阻傳感器芯片電路部分灌封,以達到防水防潮的目的,灌封一般用環氧樹脂和聚氨脂居多,相對而言環氧樹脂應力與電路板的吸合力較差,如果灌封的工藝把控的不好,由于內外有壓差,一般水氣會從線束的縫隙進去,導致芯片的外部管腳受潮,電源和地之間,輸出端與地之間的阻值變小,從而功耗變大,建議有條件的電路板最好刷三防漆。各水表廠商的產品灌封工藝都不盡相同,要做好灌封實驗,以達到最好防水防潮的效果。

 


二、磁鐵和芯片配合問題

 

 因機電分離水表磁鐵和磁阻傳感器芯片的距離較遠,如果磁阻傳感器芯片的靈敏度不夠高,感應區間范圍就小,為了滿足磁場強度的需求,很多廠家都選用磁性更強且成本低的釹鐵硼,以滿足芯片占空比的要求,但釹鐵硼隨著溫度的變化,磁性會發生變化,尤其是在溫度高的時候,磁性有衰減,另外工作時間長也容易退磁,從而影響占空比,如果磁場強度設計在最大的臨界狀態,磁鐵的退磁現象會影響水表長期的穩定工作,從而增加了水表工作異常的隱患。

另外的還有一個問題,如果磁鐵已經設計成最強,如芯片的一致性不好,也就是不同批次的靈敏度不一致,輕則改變占空比,嚴重的不吸合或者兩個芯片同時吸合,誤判為磁攻擊。綜上磁鐵強度建議不要選到極限,讓芯片工作在磁場的臨界點,以防止磁性衰減,引起問題。建議盡量選用釤鈷磁鐵,磁性相對釹鐵硼弱一些,但其工作穩定,可以配合靈敏度更高,感應范圍更寬的磁阻傳感器芯片,通過調整磁阻傳感器芯片的位置來保證磁場強度在安全的區域??紤]到磁鐵和磁阻傳感器芯片的一致性,以及磁鐵退磁及安裝誤差的影響,所以在最初設計時一定要做好冗余,原則上在吸合點的磁場強度要求至少大于芯片標準OP吸合點的2倍,斷開點的磁場強度小于芯片標準RP斷開點的1/2。所以從一致性和長期工作的穩定來看,機電分離水表用更穩定的釤鈷磁鐵和多維科技靈敏度更高的TMR磁阻傳感器芯片是最佳的選擇。多維科技TMR磁阻傳感器芯片有不同靈敏度和回差系列芯片,以滿足不同水表設計的要求。

 

 

三、多維科技芯片應用方案

 


機電分離式水表方案常用的有多種,如果方案設計的不合理,在量產的過程中也會存在很多問題,下面對常用的兩種經典方案設計進行一下簡單說明:

 

 

方案一:智能防盜計數升級版

雙磁鐵+雙級鎖存芯片方案

 

 智能防盜計數升級版方案,運用雙級鎖存芯片輸出的信號通過兩顆不同級性的磁鐵來控制。適當調整芯片的位置就能保證相位重疊判斷正反轉的要求,另外再配一顆靈敏度高的全級磁阻傳感器芯片來判斷磁攻擊。此種方案的優勢是能保證50%的占空比,受磁鐵和安裝一致性的影響不大,利于批量生產。此方案常用計量脈沖的型號是TMR1202T/TMR1208T,常用的防磁攻擊型號是:TMR1302S/TMR1362S/TMR1366S


auto_3440.png

圖四 智能水表應用示意圖(智能防盜計數升級版)

 

auto_3441.png


圖五 磁開關傳感器芯片應用示意圖

 

 


方案二:智能計數版

一顆磁鐵+兩顆全級磁傳感器芯片

 


 智能計數版方案是通過兩顆芯片輸出的脈沖計數,不判斷正反轉,兩顆芯片相位不能相交,也就是雙吸,雙吸的狀態是判斷為有磁攻擊。此方案不建議客戶做兩個脈沖重疊,通過相位來判斷正反轉的設計,因為此種設計有占空比和相位重疊的脈寬的要求,在量產的時候一旦磁鐵和安裝有誤差,會帶來很多問題。此類應用的多維科技磁傳感器芯片型號是:TMR1302T/TMR1302BT/TMR1303T/TMR1303BT

 

auto_3442.png

圖六 智能水表應用示意圖(智能計數版) 



 上述內容是通過在機電分離式水表客戶處反饋的一些問題,從功耗、磁鐵配置、芯片選型和方案設計等幾個方面進行了分析,并提出了參考建議,僅供參考,如有問題歡迎咨詢交流。


上一主題: TMR低功耗磁阻開關的典型應用

下一主題: 沒有了

  • 在線客服
无码中文字幕加勒比高清_暖暖视频日本免费观看视频_精品国产品国语在线不卡_久久99国产精品自在自在