由Monica Thomas和Michael Googue，Allegro亚博棋牌游戏 Microsystems，LLC，伍斯特，MA。美国
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通过广泛的各种解决方案可用于定位，速度和电流传感应用，设计人员可以选择最佳技术和包，以实现其商业和工程目标。亚博尊贵会员必须始终保持相同的关键元素，例如成本，旅行距离，分辨率，准确性，可靠性和耐用性，这不可避免地将应用的要求与适当的传感技术一起集成。在可能的解决方案中，霍尔效应技术，具有无与伦比的磁感测，提供了卓越的价值。
图1所示。霍尔效应是指当施加的电流受到垂直磁场的影响时所产生的可测量的电压。
随着技术的改进，霍尔效应传感器IC正在进入许多现代家用电器。霍尔效应是指当流过导体的电流受磁场的影响时，在导电材料上出现的可测量电压，例如硅（Si）（参见图1）。在这些条件下，由于Lorentz和电磁力的平衡，垂直于施加的电流产生横向电压。
霍尔效应传感器IC与传统的机械和簧片设备相比具有许多优点。通过几乎消除机械磨损和疲劳，霍尔传感器IC的非接触式实施提高了可靠性和耐用性。这些器件还具有感测由有色材料物理阻挡的磁场的能力。小型轻质包装尺寸减少了实现空间和机械复杂性。许多传感器IC是用户可编程，以满足自定义操作和准确性要求。
有几种不同类型的霍尔效应器件，适用于各种应用:开关，线性，速度/方向ic，电流传感器ic，等等。亚博尊贵会员
开关产生基于磁性操作(B人事处和释放（brp.)点的特殊装置。线性产生模拟或脉宽调制(PWM)输出，直接与应用的磁场成正比。
在开关和线性应用中，有几种可能的磁铁配置来亚博尊贵会员驱动设备。例如，“迎面”操作模式是指磁铁垂直于霍尔器件的有源面移动，如图2所示。
图2.头部大厅致动。Teagg是总有效的气隙。
另外，“滑过”操作模式是指将磁铁平行移动到霍尔器件的有源面(见图3)。由于磁铁行程较小，滑过方法通常会比正面方法带来更好的传感精度。两极之间的大磁斜率使得获得非常精确的开关点位置成为可能。然而，滑动法也需要使用强磁体和小的总有效气隙(TEAG)。
图3。削减驱动。Teagg是总有效的气隙。
另一种驱动霍尔装置的方法是叶片式断续开关。叶片是一种铁磁材料，它有一个独特的配置切口。叶片可以定制为线性或旋转运动。在叶片式断流开关中，磁铁和霍尔装置安装在一个固定的位置，这样霍尔装置被激活的磁铁强制进入“开”状态。当叶片的黑色材料通过霍尔装置和激活磁铁之间，叶片形成一个磁分流，使磁场偏离霍尔装置。叶片断续器技术常用于需要精密开关的地方(见图4)。
图4。叶片式断续开关霍尔驱动。
叶片断续开关的一种变体是使用专门的反向偏压霍尔效应装置(见图5)。反向偏压装置可用于接近开关或齿轮齿速度和角度传感。通过这些设备，一个稀土颗粒和霍尔传感器集成到一个单独的封装中，减少了放置和对齐的问题。反向偏置传感器ic通常处于“关闭”状态。当铁质材料在封装前通过时，磁场通过霍尔器件的有源面，激活集成电路。
图5。齿轮齿霍尔传动。
霍尔效应的另一个使用是感测通过电线或导线的电流。对于高达20A的小电流，霍尔模具和初级电流路径可以在标准占地面积SOIC-8表面安装封装中封装在一起（参见图6）。倒装芯片技术的使用导致霍尔元件的主动面与由待感测电流产生的场之间的优化磁耦合。该包装技术消除了对磁通集中器的需求。用于电流检测的铜路径的内阻通常为1.5MΩ，用于低功率损耗。
图6。电流传感器霍尔器件在SOIC-8封装。
对于高达200a的大电流，必须增加铜导体的尺寸，以考虑材料内的电流密度。由于这种较厚的导体和线性霍尔元件之间的磁力耦合，必须使用磁通集中器(见图7)。可以实现低至100μΩ的典型初级导体电阻。
图7。用于大电流(> 200a)应用的电流传感器集成电路装置。亚博尊贵会员
霍尔效应装置具有与其他电流检测技术的主要优点，因为电流检测路径与低电压信号输入/输出完全电隔离。
HALL技术已经在许多应用中取代了传统的传感技术，包括门开关，旋钮位置，鼓速度，水位测量和电机控制。亚博尊贵会员选择适当的Hall设备取决于所需的精度和控制水平。本文提供了霍尔技术如何在现代家用电器应用中使用的采样。亚博尊贵会员
霍尔传感器集成电路提供了一种非接触解决方案，用于确定电器的旋钮位置。有几种方法可以确定旋钮的位置。例如，如果应用程序需要有限的、离散的旋钮位置，那么可以使用简单的开关，如A1120或A321x。应用程序中的每个开关都代表旋钮周围的一个不同的位置标记。当一个固定开关的上方有一个附在旋转旋钮上的磁铁时，简单的电子逻辑就能解释所选择的电平。
对于更高精度的应用，线性器件可以与微处理亚博尊贵会员器一起使用。当旋钮转动时，线性装置根据霍尔元件产生的磁场衰减提供旋钮的绝对模拟位置，而微处理器中的查找表则解释磁铁的位置。合适的线性装置取决于应用中所需的精度。可能的型号包括A132x或可编程A138x。
开关和旋钮位置线性实现的不同输出电压响应如图8所示。
图8。霍尔开关对旋钮位置的线性响应。
开关和线性也可用于监测流体水平，例如洗衣机或洗碗机。用于流体水平测量的易于技术是使用多个霍尔开关与悬浮在浮子中的磁铁配合使用。随着浮子在管内升起时，它触发了位于管壳外部的离散开关，以数字方式指示水位（见图9）。A1120将是此应用的适当交换机。
图9.使用磁浮动和开关的流体水平传感技术。
霍尔技术也可用于修改，而不是更换传统的流体水平测量技术。例如，目前用于确定滚筒何时充分的一种方法是扩展推动机械开关的塑性隔膜。机械开关组件的替代方案将植入磁铁进入隔膜，并将霍尔开关悬挂在其上方的正面配置中（见图10）。代替使用开关，可以通过使用线性来实现更高分辨率的测量。线性溶液将确定罐中的绝对水位，而不是仅当罐充满时表示。根据所需的精度，表面安装线性，例如A132x或可编程A138x是合适的。与基于机械凸轮的开亚博尊贵会员关相比，霍尔在这些应用中，大厅具有可靠性，耐用性，简单性，尺寸和重量的优点。
图10。使用充气式隔膜实现的液位传感技术。
霍尔传感器集成电路可用于各种滚筒旋转传感需求，如速度、方向和断带检测。
一个简单的旋转指示器可以通过在旋转滚筒上附加一个磁铁和使用一个固定的霍尔开关来构造。每次鼓充分旋转时，开关就会发出一个数字脉冲。这个信号可以用来简单地指示鼓是否在旋转，也可以被微处理器用来计算速度。如果需要更高的滚筒位置精度，可以使用差分霍尔设计(如A3425)结合如图5所示的齿轮配置来感知滚筒的角位置。更复杂的反向偏压霍尔配置，如A3423，能够提供鼓速信息和方向检测。
除了感测旋转鼓的位置，速度和方向之外，破碎的皮带故障也可用于检测。例如，如果干燥器中的加热元件在干燥带断裂时未能关闭，则缺乏旋转会导致衣服着火。图11示出了可能的断带检测电路，其使用附接到旋转鼓和固定霍尔开关的磁体起作用。在该电路中，中心节点以R1C1对确定的速率充电。当霍尔开关通过磁体通过时，IC VOUT信号经历高低的过渡。VOUT信号的上升沿临时打开晶体管Q1，放电中央节点。断带将阻止滚筒旋转，防止升高的边缘过渡发生。这允许中央节点自由充电。当中央节点达到达到达林顿对的电压时，电路输出切换到数字低信号，表示断带故障。
图11。断带检测电路采用简单的霍尔开关。
霍尔效应电流传感器IC是一种强大而简单的监控控制和保护的电机电流手段。电机电流消耗与电动机施加的扭矩成比例。因此，控制电动机的速度和施加力的典型方法是将其电流消耗测量馈送到微处理器中。然后，微处理器可以计算必须施加更多或更少的电流以达到所需的速度。霍尔效应电流传感器IC可以直接与电机（或任何感应负载）串联放置，因为它们具有非常低的电阻铜引线框架。
传统的技术是在电机控制组件的接地开关上安装分流器来感应电机电流。采用这种方法，只能监测一半的电机电流，降低了精度，提高了I2R的损失。霍尔效应电流传感器集成电路的输入电源与电流路径完全隔离，可以实现高精度和低功耗的测量。Allegro的ACS712采用SOIC-8封装，可用于较小的标称电流，ACS75x采用CB封装，可用于更大的电流传感需求。
随着社会继续发展其对环境问题的理解，对低能源电器的需求变得更加强大。美国联邦政府能源明星计划的要求每年变得越来越严格。亚博棋牌游戏Allegro Microsystems是第一个提供微电源霍尔开关和线性的线性，以帮助制造商尽量减少其设备能耗。
321倍的交换机系列采用独特的时钟方案和2.75 V标称工作电压，实现典型的15μW功耗。139倍的线性霍尔设备具有3 V标称工作电压，在活动模式下具有10 MW的功耗。139x器件还具有睡眠引脚，允许微控制器禁用该设备，将功耗降低到标称75μW（参见图12）。另外，当139x器件处于睡眠模式时，设备的输出转换为高阻抗状态。因此，只要使用轮询方案用于在任何时间点监测单个A139x器件的输出，可以连接多个139倍线性霍尔传感器IC即可连接到单个模数转换器输入。
图12. 3 V，A139x微功率线性与睡眠引脚输入的图。
本文描述亚博尊贵会员的应用程序只是霍尔技术如何改善现代设备的性能和可靠性的几个例子。表1总结了其他Hall申请。亚博尊贵会员对于给定的应用程序，可以使用Allegro选择指南。
表1：霍尔效应设备的现代设备应用亚博尊贵会员
设备
应用程序
霍尔设备类型选项
垫圈
盖/门打开/关闭
开关
电机电流
线性;集成电流传感器IC
转鼓速度/方向
齿;距离;开关
失去平衡
线性;开关
水位
周期控制旋钮
流量计
闩锁;双极交换机;线性
干燥机
鼓的速度
破碎带
开关;集成电流传感器IC
烤箱
烤箱门光
自洁式门锁/联锁
冰箱
制冰机完整
门闩;开关
门光
货架位置
洗碗机
门打开/关闭
喷雾机运动
开关;线性
闩锁;双极交换机
吸尘器
VR电机换向
门闩;双极交换机
开/关
速度控制
自动售货机
家的位置
脉冲计数/编码器
选择开关
车库门
结束停止位置
搅拌机
水软化剂
阀位
门闩;转变;线性
G. Pepka。“基于霍尔效应传感技术的位置和液位传感．"亚博棋牌游戏Allegro Microsystems技术纸张。传感器综述日志SR27-1，2007年2月。
m·霍普金斯。”霍尔效应技术的最新技术及其对家电设计与发展的影响．"亚博棋牌游戏Allegro Microsystems技术纸张。IATC, 2004年3月。
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