双极开关霍尔效应ic

提供数字输出的霍尔效应IC器件一般有四类:单极开关、双极开关、全极开关和锁存器。双极开关在本应用附注中进行了描述。类似的申请须知单极开关，全极开关,闩锁在Allegro™网站上提供。

双极传感器ic被设计成敏感开关。(注意，术语“双极”指的是磁极性，与双极半导体芯片结构无关。)双极开关具有一致的迟滞，但单个单元的开关点出现在相对更正或更负的范围内。这些器件适用于紧密间隔的，交替的南北两极使用，导致最小所需的磁信号振幅，ΔB，因为磁场极性的交替确保开关，和一致的滞后确保周期性。

亚博尊贵会员用于检测旋转轴位置的应用，如在无刷直流电机(BLDC)如图1所示。多个磁铁被合并成一个简单的结构，称为“环磁铁”，它合并了磁极相反的交替区域。与每个环形磁铁相邻的IC封装是霍尔双极开关器件。当轴旋转时，磁区移动通过霍尔装置。该装置受到最近的磁场作用，当磁场南向相反时启动，当磁场北向相反时关闭。请注意，设备的品牌面朝向环形磁铁。

图1.使用环形磁铁的两个双极设备应用。亚博尊贵会员环形磁铁具有交替的n（北）和s（南）极性区域，它们通过霍尔设备旋转，导致它们打开和关闭。

磁性开关点条件

以下是用于定义转接点的术语道岔，霍尔开关操作：

图2.霍尔效应是指当施加电流受垂直磁场影响时所存在的可测量电压。

B−磁通量密度符号，用于确定霍尔器件开关点的磁场特性。以高斯(G)或特斯拉(T)测量，转换为1g = 0.1 mT。

B可以有北极性或南极性，因此记住代数惯例是有用的，根据代数惯例，B表示为北极性磁场的负值，表示为南极性磁场的正值。这种惯例允许对南北极性值进行算术比较，其中磁场的相对强度用B的绝对值表示，符号表示磁场的极性。例如，−100g(北)场和100g(南)场强度相等，但极性相反。同理，−100g的电场强于−50g的电场。
B_人事处- 磁功工作点;霍尔设备接通的强化磁场的水平。所得到的设备输出状态取决于各个设备电子设计。
B_RP−磁释放点;霍尔器件关闭时减弱磁场的水平(或对某些霍尔器件来说，给定正B时增强负磁场的水平)_人事处)．所得到的设备输出状态取决于各个设备电子设计。
B_沪元- 磁开关点滞后。霍尔设备的传递函数在开关点之间的偏移设计，以在磁场中过滤出小的波动，该磁场可能是应用中的机械振动或电磁噪声。B_沪元= | B_人事处−B_RP|.

典型的操作

双极开关通常有一个正B_人事处和- B_RP但是，这些SwitchPoints发生在对中性水平不正度对称的场强水平，B = 0 G.允许该特征，因此双极开关可以提供更大的灵敏度和更窄的B_沪元而不是锁存开关（双极开关最初被认为是早期闩锁的低成本替代品）。双极开关的小百分比（≈10％）具有完全在正（南）极性范围内的SwitchPoint，或者完全在负（北）极性范围内。所有这些特征范围都可以使用交替的正（南）和负（北）极性字段可靠地操作。当磁场被移除时通常会出现关闭，但要确保释放，则需要磁场反转。

双极开关的一个例子是具有最大工作点B的设备_人事处(最大)，45g，最小释放点，B_RP(min)，为- 40g，最小滞后，B_沪元然而，最小工作点B_人事处(min)，可低至- 25g，最大释放点B_RP图3显示了带有这些开关的假想设备单元的这些特性。在图3的顶部，轨迹“最小ΔB”演示了如何小的振幅可以导致可靠的开关。

图3.对双极开关的可能SwitchPoint的演示，用于低磁通量幅度，窄间距交替杆目标

图3显示了双极开关的三种一般工作模式之间的差异:

“锁存模式”描述任何带正B的双极开关单元_人事处和- B_RP，表现出霍尔锁存开关，要求提供磁场以进行完整的操作（但没有实际锁存设备状态）
“单极模式”描述了具有B的任何双极开关单元_人事处和B_RP在正(南)范围
“负单极模式”（有时称为“负开关”模式）描述了具有B的任何双极开关单元_人事处和B_RP在负(北)范围

释放点磁通密度变得不太重要，因为如果当杆通过时霍尔开关没有切换并且磁通密度接近中性水平，则当下面的极限增加磁通密度时，开关肯定会关闭。在极性相反。双极霍尔开关利用释放点通量值的额外余量来实现较低的操作点通量密度，在环形磁铁应用中具有明确的优势。亚博尊贵会员

从V可以看出_出图3底部的轨迹，对于每一种模式，在每一极交替切换是可靠的，输出的占空比根据工作模式有所不同。在锁存模式下工作的双极器件具有近似对称的开关点。当使用等距环形磁极工作时，这往往使占空比接近完美。话虽如此，即使开关是倾斜的，占空比仍将接近50%开/ 50%关。对于电机换向这是理想的，导致高效率。具有单极模式的单元随着南极开关，当北极通过时，什么也不做。在这种模式下的单位可能有40%的占空比和60%的折扣。负极单极模式的单位与北极关闭和打开，当南极通过时什么也不做。在这种模式下，单位的占空比可能为60%和40%。

图4的三个面板显示了双极传感器IC的操作模式的传递特性。

图4一

图4。锁模式的特点。请注意开关点迟滞区，B_沪元，包括中性通量密度水平，B = 0g。

为便于解释图4A，假设设备上电时，磁通量密度在最左边，磁通量(B，横轴上)大于B_RP或B_人事处．这里的设备关闭，输出电压（V._出在垂直轴上）高。
在向右朝向箭头之后，磁场变得越来越积极。当场比b比b更积极_人事处，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
而磁场保持比B更正_RP，设备保持打开状态，输出状态保持不变。即使B的正数略低于B，这也是成立的_人事处，在内置的开关滞后区，B_沪元．
沿着箭头向左，磁场的正电荷变少，负电荷变多。当磁场再次降到B以下时_RP，设备关闭。这将导致输出返回到原始状态，即高。

图4 b

为说明图4B，假设设备上电时，磁通量密度在最左边，磁通量(B，横轴上)小于B_RP或B_人事处．这里的设备关闭，输出电压（V._出在垂直轴上）高。
在向右朝向箭头之后，磁场变得越来越积极。当场比b比b更积极_人事处，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
而磁场保持比B更正_RP，设备保持打开状态，输出状态保持不变。即使B的正数略低于B，这也是成立的_人事处，在内置的开关滞后区，B_沪元．
沿着箭头向左，磁场的正电荷变少了。当磁场再次降到B以下时_RP，设备关闭。这将导致输出返回到原始状态，即高。

图4 c

图4 c。负单极(负开关)模式特性。请注意开关点迟滞区，B_沪元南磁场对器件没有影响，但它可以通过消散北磁场通过后剩余的磁通来帮助开关。

为说明图4C，假设设备上电时，磁通量密度在最左边，磁通量(B，横轴上)大于B_RP或B_人事处．这里的设备关闭，输出电压（V._出在垂直轴上）高。
沿着向右的箭头，磁场的负性变小。当电场小于B时_人事处，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
虽然磁场仍然不如b_人事处，设备保持打开状态，输出状态保持不变。即使B的正数略低于B，这也是成立的_人事处，在内置的开关滞后区，B_沪元．
沿着箭头向左，磁场的正电荷变少了。当磁场再次降到B以下时_RP，设备关闭。这将导致输出返回到原始状态，即高。

磁铁

单个磁体可用于提供两个相反的磁极，然而，通常使用环形或条形磁铁材料更经济有效。环形磁铁和条状磁铁用指定间距的交流磁极磁化。环形磁铁是一种环形或圆盘状的组件(见图1)，具有交变的径向或轴向磁化磁极。条形磁铁是一种具有交变磁极的扁平条形磁铁。环形磁铁可用于多种材料，包括陶瓷、稀土和柔性材料。条形磁铁几乎总是使用柔性材料，如丁腈橡胶粘合剂含有定向钡铁氧体，或更高能量的稀土材料。

环形磁铁通常指定为有若干磁极，而条形磁铁通常指定为每英寸的磁极。四极环形磁铁包含两个北向和两个南向的交流磁极(N-S-N-S)，而每英寸11极的条形磁铁的交流磁极间距为0.0909-in。中心。各种磁极间距可从磁铁制造商。

上拉电阻

上拉电阻必须在正电源和输出引脚之间连接(见图4)。上拉电阻的常用值为1到10 kΩ。最小上拉电阻是传感器IC最大输出电流(吸收电流)和实际供电电压的函数。20ma是典型的最大输出电流，在这种情况下，最小的上拉电流是V_CC/ 0.020。在关注当前消耗的情况下，上拉阻力可能高达50至100 kΩ。注意:大的上拉值可能会引起外部漏电电流到地，这足以降低输出电压，即使设备是磁关闭。这不是一个器件问题，而是在上拉电阻和传感器ic输出引脚之间的导体中发生的泄漏。在极端情况下，这可以降低传感器IC输出电压，足以抑制适当的外部逻辑功能。

图5。典型的程序图。

使用旁路电容器

有关旁路电容的布局，请参阅图5。一般来说：

对于没有chopper稳定化的设计，建议在输出和地引脚以及电源和地引脚之间放置0.01µF的电容。
采用断片稳定的设计时，电源和地引脚之间必须有一个0.1µF的电容，输出和地引脚之间建议有一个0.01µF的电容。

接通电源的状态

只有当磁场强度超过B时，双极设备才能在有效状态下通电_人事处或小于B_RP当通电时。如果磁场强度在磁滞带内，即在B之间_人事处和B_RP，该设备最初可以假设开启或关闭状态，然后在第一次偏移之外的正确状态以超出SwitchPoint来实现。设备可以设计为带电源启动逻辑，直到达到SwitchPoint之前将设备设置为OFF。

接通电源的状态
传感器集成电路类型	上电状态(0g场)
单极开关	从
门闩	任何一个状态^1，2
消极的开关	在²
¹除非在设计中并入开机逻辑。 ²除非设备上电时，磁场在设备指定的磁滞量内。

接通电源的时候

上电时间取决于设备设计的一定程度。数字输出传感器IC，如双极设备，在下面的时间内达到初始电源的稳定性。

设备类型	接通电源的时候
Non-chopped设计	< 4µ年代
Chopper-stabilized	< 25µ年代

基本上，这意味着在提供电源之后的这段时间之前，设备输出可能不会处于正确的状态，但在这段时间过去之后，设备输出将保证处于正确的状态。

功耗

总功率耗散是两个因素的总和：

传感器IC消耗的功率，排除在输出中消耗的功率。这个值是V_CC乘以供电电流。V_CC是设备供电电压，供电电流在数据表上指定。例如，给定V_CC= 12 V和电源电流= 9 mA。功率耗散= 12×0.009或108 MW。
输出晶体管所消耗的功率。这个值是V_(上)(坐)乘以输出电流(由上拉电阻设定)。如果V_(上)(坐)是0.4 V(最坏情况)和输出电流是20ma(通常最坏情况)，功率耗散是0.4 × 0.02 = 8mw。正如你所看到的，因为饱和电压很低，功率耗散在输出不是一个大问题。

本例的总功耗为108 + 8 = 116 mW。将此数字放在有关包装数据表中的降额表中，并检查是否必须降低最大允许操作温度。

常见问题

问：我如何定位磁铁？

答：磁极磁极朝向器件的品牌面向定向。品牌面部是您找到设备的标识标记的位置，例如部分部件号或日期代码。

问:我可以用磁铁接近设备的背面吗?

A:是的，但是请记住:如果磁铁的两极保持面向同一方向,然后通过设备通量场的方向没有改变从前面的方法(例如,如果南极是接近该设备在前面的方法中,北极将接近设备在尖的方法)。北极会产生一个相对于霍尔元素的正磁场，而南极会产生一个负磁场。

问:接近设备背面有什么权衡吗?

是的。当从包装正面接近时，一个“清洁器”信号是可用的，因为霍尔元件位于更靠近包装正面(包装贴有商标的面)而不是背面。例如，对于“UA”封装，带有霍尔元件的芯片在封装的贴有商标的表面内0.50毫米，因此从背面到背面大约1.02毫米。(从品牌面到霍尔元素的距离被称为“活跃区域深度”。)

问:一个非常大的场能伤害霍尔效应装置吗?

答:不是。一个非常大的场不会损坏阿莱格罗霍尔效应装置，也不会增加额外的迟滞(除了设计的迟滞)。

问：为什么我想要一个斩波器稳定的设备？

A:斩波稳定传感器ic允许更大的灵敏度，更严格控制的开关点比非斩波设计。这也可能允许更高的操作温度。大多数新的器件设计都采用了短切霍尔元件。

建议的设备

Allegro双极开关在公司网站上的选择指南中列出霍尔效应锁存和双极开关．

可能的应用亚博尊贵会员

无刷直流电机旋转
速度传感
脉冲计数器、编码器
汽车

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