将霍尔效应磁感应技术融入现代家电

将霍尔效应磁感应技术融入现代家电

作者 Monica Thomas 和 Michael Doogue，Allegro MicroSystems, LLC，马塞诸塞州伍斯特市美国

下载 PDF 版

目前目前于，速度和电池的解决方案有更多，因此设计人员能最使用的技术和装饰，以实现各各的商业和工业和工业和工业和工业和工业和工业和工业和工业和工业和工业和工业。在选择侵入式技术时，必须必须应的具体要求，这些要求也是任何任何应应应应应应应应应应应感感应应应应应感应应应应应ー度，可以和耐久性。作用，其中一代的解决案，霍尔效应技术可通过过非式磁感应独独一般的价值。

介绍

随着技术的进步，霍尔效应传感器 IC 已在许多现代家电中广泛应用。霍尔效应是指通过导体的电流受磁场（参阅图 1）影响时，出现的穿过导电材料（例如硅 (Si)）的可测量电压。在这种条件下，由于洛伦兹力和电磁力之间的平衡作用，会产生一个与外加电流垂直的横向电压。

与传统的机械和簧片器件相比，霍尔效应传感器 IC 有许多优势。通过消除机械磨损和机械疲劳，霍尔效应传感器 IC 的非接触应用能有效提高可靠性和耐久性。这些器件还能检测被有色金属材料阻隔的磁场。小型、轻量的封装尺寸能减少应用空间和机械复杂性。许多传感器 IC 都具有用户可编程功能，以满足自定义运行和精度的要求。

背景

有多种不锈钢的霍尔效应件满足满足各类应各：开关，线路仪器，速度/方向IC和电池仪器IC，这只是其中几个子。

开关与线性传感器

开关能根据特定器件的磁场工作点 (B_op.) 和释放点 (B_RP) 产生数字输出。线性传感器能产生与外加磁场成正比的模拟或脉宽调制 (PWM) 输出。

在开关和线性传感器应用中，有多种可能的磁体配置可用于器件的启动。例如，“迎面式”工作模式是指将磁体垂直移向霍尔器件的有效面，如图 2 所示。

另外，“侧滑式”工作模式是指将磁体平行移向霍尔器件的有效面（参阅图 3）。由于磁体的行程更小，所以侧滑工作模式比迎面工作模式的感应精度高。磁极之间的大磁场斜率能确保取得非常精确的开关点位置。但侧滑工作模式还需要使用强磁体和较小的有效总气隙 (TEAG)。

启动霍尔器件的另一种方法是叶片断续器开关。叶片是一种外部具有独特凹口的铁磁材料。叶片的外形可以定制，以确保进行线性或旋转运动。利用叶片断续器开关，将磁体和霍尔器件固定在静止位置，这样触发磁体就会使霍尔器件进入“开启”状态。当叶片的铁类金属材料通过霍尔器件和触发磁体之间时，叶片会形成一个磁分路，从而使磁场从霍尔器件转向。叶片断续器技术经常用于需要精确开关的操作（参阅图 4）。

速度与方向 IC

叶片断续器的另一种应用形式是采用特制的反向偏压霍尔效应器件（参阅图 5）。反向偏压器件可用于接近开关或齿轮齿的速度与角度感测。采用这些器件时，可在单独的封装内集成一个稀土球和霍尔传感器，从而能减少定位和校准的麻烦。反向偏压传感器 IC 通常处于“关闭”状态。当铁类金属材料通过封装的正面时，磁场会穿过霍尔器件的有效面，从而可激活 IC。

电气器械IC.

霍尔效应的另一个用途是感测通过线圈或导体的电流。对于最大 20 A 的弱电流，可在标准的 SOIC-8 表面贴装封装内将霍尔芯片和主电流通路集成在一起（参阅图 6）。采用倒装芯片技术可确保在霍尔元件的有效面与感测电流产生的磁场之间存在最佳的磁耦合。这种封装技术无需使用通量集中器。用于电流检测的典型铜制路径内阻是 1.5 mΩ，功率耗损很小。

对于最大 200 A 的强电流，必须增大铜线的尺寸，以满足材料内的电流密度的要求。由于此较厚导体与线性霍尔元件之间存在磁耦合，因此必须使用磁通集中器（参阅图 7）。典型主导体电阻最低可达到 100μΩ。

与其他电流感测技术相比，霍尔效应器件具有明显的优势，因为电流感测通路与低压信号输入/输出实现了完全的电隔离。

应用实例

霍尔技术能在许多应用中代替传统的感测技术，包括门开关、旋钮位置、转鼓速度、水位测量和电机控制。应根据所需的精度和控制水平选择适用的霍尔器件。本文提供的实例为您介绍了如何在现代家电中应用霍尔技术。

旋钮位置

霍尔效应传感器 IC 能以非接触方式确定一种家电的旋钮位置。目前有多种技术可用于确定旋钮位置。例如，如果应用需要有限和离散的旋钮位置，可使用简单的开关，如 A1120 或 A321x。应用中的每个开关都代表旋钮周围一个独有的位置标记。当依附于调节旋钮的磁体位于其中一个固定开关的上方时，简单的电子逻辑能确定已选择的控制水平。

对于高精度应用，可同时使用线性传感器和微处理器。当旋钮转动时，线性传感器能根据霍尔元件产生磁场的衰减，提供旋钮的绝对模拟位置，同时，微处理器内的查找表可解释磁体的位置。应根据应用所需的精度，选择适用的线性传感器。可选用的传感器包括 A132x 或可编程的 A138x。

图 8 显示了旋钮位置的开关和线性传感器产生的不同输出电压。

液面检测

开关与线路仪器还还用于液位，如在手机或手机内。可口味的简单技术是。可口味的简单技术。可口使用更多霍尔开关和在浮子在上帝的繁体。它会批发管套外开关的开关，然后会以数码形式显示（附图9）.a1120是联合此类使用的开关。

霍尔技术还能还改进，而非取代传统的传输技术。例如，目前非于转鼓转鼓何当时会议的方法是，将将隔膜展开，以塑料塑料展开关。可驾驶机械开关。可代替机械开关组件的另一手方法是，在隔膜内植入一代繁体，然后使霍尔开关悬浮磁于于上方，以以采迎面式工作配置（附图10）。使用线路驱动器代替开关，可取得分享更高于的测性传感器能水箱水箱的绝对液位，而不错的精炼，可供表面敷装装置的线材器材件，如a132x或可进行的a138x。在此类应应用中，与机械凸轮开关相比，霍尔效应开关有可可，耐用，简单，尺寸小和量子的优势。

转鼓检测

霍尔效应仪器IC能满足各种转鼓感测，如速度，方便和皮带检测。

将磁体装到转鼓上，再使用固定的霍尔开关，就能制造简单的旋转指示器。每当转鼓完整旋转一次后，开关就会发送一个数字脉冲。该信号可用于指示转鼓是否在旋转，微处理器还能用它计算速度。如果需要提高转鼓位置的精度，可使用差分霍尔效应传感器（如 A3425）和齿轮结构，如图 5 所示。更精密的反向偏压霍尔效应传感器（如 A3423）能提供转鼓速度信息并进行方向检测。

除感测转鼓的位置、速度和方向外，还能检测皮带断裂故障。例如，如果烘干机的皮带断裂时，烘干机内的加热元件未关闭，那烘干机停转可能导致衣服着火。图 11 显示了可检测断裂皮带的电路，它采用了一个装有磁体的转鼓和一个固定霍尔开关。在该电路中，中央节点会以 R1C1 对确定的速度充电。当磁体经过霍尔开关时，IC VOUT 信号会经过高-低-高转换。VOUT 信号的上升沿会暂时打开晶体管 Q1，使中央节点放电。断裂的皮带会使转鼓停止旋转，以防止出现上升沿转换。这能确保中央节点自由充电。当中央节点达到启动复合晶体管对的电压时，电路输出会切换至数字低信号，以显示皮带断裂故障。

电动机控制

霍尔效应传感器 IC 能以可靠和简单的方式监测电动机的电流，以进行有效的控制和保护。电动机的电流消耗与其产生的转矩成正比。因此，控制电动机的速度和外加力的典型方法是，向微处理器反馈其电流消耗的测量值。然后微处理器会计算是要对电动机施加更多还是更少的电流，以达到所需的转速。霍尔效应传感器 IC 能直接以串联方式与电动机（或任何电感负载）一起放置，因为它们有电阻极低的铜引线框架。

传统的技术会利用在电动机控制组件的接地开关内放置的分流器来感测电动机的电流。利用这种方法，只能监测一半的电动机电流，这会降低精度，并增加 I²r损耗。霍尔效应仪器IC的输入电气源电阻完全完全完全完全隔离，这能确保提高度精密，并减小功率销量。使用SOIC-8套装的Allegro ACS712适用于较的标称电阻，使用CB包装的ACS75x适用于较较强的电气流感应应应。

微功耗解决方案

由于全社会对对问题问题的认识认识不成液化，因此市场对低能耗家电的需求日益强烈。美国联邦政府的“能源之星”计划的要求一年比一年亚博棋牌游戏中.allegro微系统是首家提供微功耗欧尔开关和线路仪器的公司，其目的是帮助帮助商降低家电产品的能耗。

321x系列霍尔开关了了特式的时代电视图和2.75V的标称工工，以达达15μw的典型功耗.139xantind性到尔器件.139xantind性霍尔器件.139x系列ind性霍尔器件在运动状态下有3个v的标称工作电池和10 mw的功耗.139x系列系列尔件还配睡眠引脚，以以微微标称75μw（附图12）。户外，当139x系列系列尔斯件件休眠模式时，器材的输出会转换高度阻抗状态。因此，只要采用轮询机制及监测监测输出，就就更多个139x性霍性霍性霍ic到到到到端。

总结

本文介绍的使用是一种，它们体了与传统技术相比，霍尔效应技术如何提高现代家电的性能和可以。表1总结了其他霍水技术的使用。《Allegro 选型指南》可致融合指定应适适使用的使用霍尔斯件。

参考文献

G. Pepka。“Position and Level Sensing Using Hall Effect Sensing Technology。“
Allegro MicroSystems technical paper.
Sensor Review Journal SR27-1, February 2007.

M. Hopkins。“The State of the Art in Hall Effect Technology and Its Implications for Appliance Design and Development。“
Allegro MicroSystems technical paper.
IATC，2004年3月。

A. Friedrich，M. Googue，J. Cummings。“霍尔效应电流感应的最新趋势。“
Allegro MicroSystems technical paper.
PCIM 2006, May 2006.

本文介绍的产品是采用下列一项或多项美国专利制造的：5,619,137；5,621,319；6,781,359；7,075,287；7,166,807；7,265,531；7,425,821 或其他未决专利。

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems LLC保留不时更改具体尺格的权利，此类更改是改善其产品性能，可靠性可制造性必需。在下单菜单之外的。在下菜单之外，用来应仔细核实并所用的信息。

如果可合理预期 Allegro 产品的故障将导致生命支持设备或系统故障，或影响有关设备或系统的安全或效力，那么 Allegro 产品不得用于生命支持设备或系统。

本文包含的信息都是准确和可靠的。但对此类信息的使用，或由于使用此类信息可能导致的专利侵权或第三方权利的损害，Allegro MicroSystems, LLC 不承担任何责任。