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霍爾傳感器在樓宇自動(dòng)化便攜設(shè)備中的重要意義
點(diǎn)擊次數(shù):1574 更新時(shí)間:2018-08-03

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摘自Motaz Khader | 2018年1月23日, 翻譯by 愛(ài)澤工業(yè)

 

霍爾效應(yīng)傳感器提供的低功耗,低成本和更小的占位面積使其成為各種設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理想選擇。

 

當(dāng)今樓宇自動(dòng)化和個(gè)人電子市場(chǎng)的主要趨勢(shì)包括小型化和便攜性,以及智能化和低成本。然而,實(shí)現(xiàn)這些趨勢(shì)既需要挑戰(zhàn),也需要權(quán)衡?;魻栃?yīng)傳感是該市場(chǎng)有前途的技術(shù)之一。

 

霍爾效應(yīng)原理是Edwin Hall于1879年發(fā)明的一種流行的磁傳感技術(shù)。原理是在向?qū)w施加垂直磁場(chǎng)時(shí),在載流導(dǎo)體(通常稱(chēng)為霍爾元件)中產(chǎn)生的差分電壓。電壓是由施加的磁場(chǎng)引起的洛倫茲力的結(jié)果,其導(dǎo)致電流電子集中在導(dǎo)體的一端并在兩端之間產(chǎn)生電勢(shì)差。

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圖1

 

電壓通常稱(chēng)為霍爾電壓(VH)

 

圖1說(shuō)明了霍爾效應(yīng)原理以及電流,電壓和磁場(chǎng)之間的關(guān)系。產(chǎn)生的電壓通常稱(chēng)為霍爾電壓(VH)。當(dāng)不存在磁場(chǎng)時(shí),電流電子的分布是均勻的并且VH是零。當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí),電流電子的分布受到干擾,并且將導(dǎo)致與電流和施加的磁場(chǎng)的交叉積成比例的非零VH。電流通常是固定的,導(dǎo)致VH與施加的磁場(chǎng)之間的直接關(guān)系。

 

VH具有非常小的值(用于產(chǎn)生施加磁場(chǎng)的每毫安的霍爾電流的電壓電壓的每伏特幾微伏的量級(jí)(μV/ Vs / mT)。為了使該電壓值可用,放大階段放大差分電壓并抑制任何共模信號(hào),這就是為此階段需要差分放大器的原因。

 

圖2顯示了霍爾效應(yīng)傳感器的典型組件。不同的霍爾效應(yīng)傳感器以多種方式使用差分放大器的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能。有關(guān)霍爾效應(yīng)傳感器和其他磁傳感器技術(shù)的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)查看德州儀器(TI)關(guān)于此主題的***。

 

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圖2

 

基本霍爾效應(yīng)傳感器構(gòu)建模塊包括電源

 

霍爾元件和運(yùn)算放大器

 

霍爾效應(yīng)傳感的好處

霍爾效應(yīng)傳感器已被證明是****的磁場(chǎng)傳感器之一,原因如下:

*低成本

*功耗低

*占地面積小

*可靠性高

*簡(jiǎn)單

*距離感應(yīng)

*多功能性(開(kāi)關(guān),鎖存,線性和多個(gè)磁閾值)

*真正的固態(tài)

*壽命長(zhǎng)

*能夠以固定輸入(零速度)運(yùn)行

*缺少活動(dòng)部件

*邏輯兼容的輸入和輸出

*寬溫度范圍(-40至+ 150°C)

 

這些功能可轉(zhuǎn)換為特定器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的各種電氣和磁性規(guī)范。您可以在TI的“了解和應(yīng)用霍爾效應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)表”應(yīng)用筆記中了解有關(guān)這些規(guī)范以及如何解釋這些規(guī)范的更多信息。此外,TI還提供了有關(guān)低功耗優(yōu)勢(shì)的技術(shù)說(shuō)明。

 

霍爾效應(yīng)傳感器的類(lèi)型

 

霍爾效應(yīng)傳感器可根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行配置。它們通常可以分為兩類(lèi):基于閾值和線性。

 

*基于閾值的霍爾效應(yīng)傳感器可以作為一個(gè)開(kāi)關(guān),通過(guò)單個(gè)輸出(全極),兩個(gè)輸出(雙極單極),鎖存輸出(雙極)或一個(gè)極(單極)響應(yīng)任一磁極。通常,如果場(chǎng)來(lái)自南極,則輸出電壓為正。如果場(chǎng)源是北極,則輸出電壓為負(fù)。 TI近為數(shù)字霍爾效應(yīng)傳感器開(kāi)發(fā)了一系列低功耗霍爾效應(yīng)數(shù)字開(kāi)關(guān)(DRV5032)和鎖存器(DRV5012)。圖3顯示了這些傳感器的傳遞函數(shù)。

 

*線性霍爾效應(yīng)傳感器有時(shí)被稱(chēng)為比率霍爾效應(yīng)傳感器,因?yàn)檩敵鍪潜壤盘?hào),其相對(duì)于所施加的磁場(chǎng)線性變化;電源電壓決定了輸出范圍。為了避免使用多個(gè)電源來(lái)偏置差分放大器級(jí),所施加的偏移(零電壓)將輸出移位到正范圍。此外,由于霍爾效應(yīng)傳感器在大值和小值附近飽和,因此線性區(qū)域通常定義為高于地面幾百毫伏且低于電源電壓幾百毫伏。

 

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圖3

 

基于閾值的霍爾效應(yīng)傳感器

 

可以具有不同的傳遞函數(shù)

 

線性霍爾效應(yīng)傳感器可響應(yīng)磁極或一極,以提高器件靈敏度。此外,輸出可以是未調(diào)制的(線性模擬電壓信號(hào))或調(diào)制的(具有變化的占空比的脈沖寬度調(diào)制[PWM]信號(hào)),以便在嘈雜的環(huán)境中使用。圖4顯示了各種線性霍爾效應(yīng)傳感器的傳遞函數(shù)。

 

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圖4

 

傳感器輸出可以遵循線性(比率)

 

霍爾效應(yīng)傳感器傳遞函數(shù)(頂部)

 

或用于生成PWM信號(hào)(底部)

 

應(yīng)用

霍爾效應(yīng)傳感器具有許多功能,使其對(duì)樓宇自動(dòng)化和個(gè)人電子市場(chǎng)具有吸引力。以下是幾種使用情況,其中這些傳感器為各種終端設(shè)備啟用不同的功能。

 

樓宇自動(dòng)化

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圖5

 

霍爾效應(yīng)傳感器的樓宇自動(dòng)化用例

 

包括旋轉(zhuǎn)編碼(a)

 

篡改/安裝檢測(cè)(b)

 

和自測(cè)(c)

 

*旋轉(zhuǎn)編碼:鎖存型(如TI的DRV5012)或開(kāi)關(guān)型單極霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)小型電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù),以確定電動(dòng)百葉窗/燈罩或智能門(mén)鎖的位置(圖)。 (參見(jiàn)TI的“增量旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)”技術(shù)說(shuō)明。)

 

*開(kāi)/關(guān)檢測(cè):對(duì)于可靠,高度連接和便攜的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(例如,電池供電的無(wú)線窗口和門(mén)安全傳感器),開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器優(yōu)于**開(kāi)關(guān),因?yàn)樗鼈兊墓牡?,占地面積更小,可靠性更高。此外,它們沒(méi)有活動(dòng)部件,不易受環(huán)境條件的影響。 (參見(jiàn)TI的“具有低于1 GHz的低功率門(mén)窗傳感器和10年紐扣電池壽命參考設(shè)計(jì)。”)

 

*篡改檢測(cè):開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器可以從安裝座檢測(cè)便攜式安全設(shè)備的存在與否。例子包括電池供電的門(mén)鈴或無(wú)線商用煙霧探測(cè)器(圖5b)。

 

*自檢激活或1位無(wú)線本地通信:物理訪問(wèn)需要定期維護(hù)的某些設(shè)備以觸發(fā)自檢/診斷模式可能很困難。將開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器放置在感興趣的設(shè)備內(nèi)并使用磁棒觸發(fā)自檢或診斷模式可以簡(jiǎn)化此過(guò)程(圖5c)。

 

個(gè)人電子產(chǎn)品

 

*位置檢測(cè)。開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器可以?xún)?yōu)化和實(shí)現(xiàn)個(gè)人電子設(shè)備中的許多功能,包括手機(jī)和平板電腦的無(wú)線充電對(duì)準(zhǔn);手機(jī)和平板電腦的覆蓋檢測(cè);筆記本電腦的蓋子/屏幕位置檢測(cè);和配件檢測(cè)平板電腦。

 

圖6顯示了使用基于閾值的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)的這些用例的幾個(gè)示例。線性霍爾效應(yīng)傳感器可檢測(cè)游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)控制器的按鈕位置,以及360度的屏幕角度。旋轉(zhuǎn)筆記本。

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圖6

 

個(gè)人電子用例:

 

用于位置檢測(cè)的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)(a)

 

游戲控制器和360筆記本電腦中的線性傳感器(b)

 

小結(jié)

 

霍爾效應(yīng)傳感器的優(yōu)勢(shì),例如低功耗,成本效益和更小的占地面積(僅舉幾例),使它們?cè)跇怯钭詣?dòng)化和個(gè)人電子設(shè)備中得到很好的定位。它們的多功能性使各種用例成為可能,從智能鎖和陰影中的旋轉(zhuǎn)編碼到手機(jī),平板電腦和筆記本電腦中的位置檢測(cè)。

 

附翻譯原文:(建議翻墻瀏覽)

http://www.electronicdesign。。com/analog/hall-effect-sensing-makes-sense-building-automation-portables

 

- END -

 

聲明:

- 文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者所有!

- 翻譯:愛(ài)澤工業(yè)(如有偏頗,敬請(qǐng)指正)

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