双极开关霍尔效应集成电路

双极开关霍尔效应集成电路

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提供四种一般的霍尔效应IC设备，提供数字输出：单极开关，双极开关，全峰开关和锁存器。在本应用笔记中描述了双极交换机。类似的应用笔记单极开关，omnipolar开关， 和门闩提供在Allegro™网站上。

双极传感器IC设计为敏感开关。（注意术语“双极”是指磁极极度，并且与双极半导体芯片结构无关。）双极开关具有一致的滞后，但各个单元具有相对更正或更多负范围的开关点。这些设备在使用紧密，交替的北极和南极的应用中找到了最小所需的磁信号幅度，ΔB，因为磁场极性的交替确保切换，并且一致的滞后确保周期性。

雷竞技最新网址用于检测转轴位置的应用，如在无刷直流电机(BLDC)中如图1所示。多个磁体被合并成一个简单的结构，称为“环形磁体”，它包含了相反磁极的交替区域。与每个环形磁体相邻的IC封装为霍尔双极开关器件。当轴旋转时，磁区移动到霍尔装置的旁边。该装置受到最近的磁场，当南磁场与之相对时开启，当北磁场与之相对时关闭。请注意，该设备的贴牌面朝向环形磁铁。

图1所示。使用环形磁铁的双极器件。雷竞技最新网址环形磁铁有交替的N(北)和S(南)极性区域，这些区域旋转经过霍尔器件，导致它们打开和关闭。

磁性开关点术语

以下是用于定义过渡点的术语，或者道岔，霍尔开关操作:

图2。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。

• B- 用于磁通密度的符号，用于确定HALL器件开关点的磁场的属性。在高斯（g）或tesla（t）中测量。转换为1g = 0.1 mt。
  
  B可以有南北极性，因此记住代数约定是很有用的，根据这个约定，B表示为负值，表示为正值，表示为正值，表示为北极磁场。这种约定允许对南北极性值进行算术比较，其中磁场的相对强度由B的绝对值表示，符号表示磁场的极性。例如，−100g(北)场和100g(南)场具有相同的强度，但极性相反。同理，−100g场强大于−50g场强。
  
  
• B_op.−磁工作点;霍尔器件开启时的强化磁场水平。设备输出的结果状态取决于单个设备的电子设计。
• B_RP−磁释放点;当霍尔器件关闭时，减弱的磁场水平(或对某些类型的霍尔器件来说，当B为正时，增强的负磁场水平)_op.）。设备输出的结果状态取决于单个设备的电子设计。
• B_沪元−磁开关点迟滞。霍尔器件的传递函数设计为开关点之间的偏移量，以滤除应用中由机械振动或电磁噪声引起的磁场小波动。B_沪元= | B_op.- B._RP|。

典型的操作

双极交换机通常具有正面b_op.和负面B._RP，但是这些开关点发生在场强水平，并不是对中性水平精确对称的，B = 0 g_沪元比闭锁开关(双极开关最初被认为是早期闭锁开关的低成本替代品)。一小部分(≈10%)双极开关的开关点范围完全在正(南)极范围内或完全在负(北)极范围内。所有这些特性范围可以可靠地使用交替的正(南)和负(北)极性场。关闭通常发生在磁场被移除时，但为了确保释放，需要进行磁场反转。

双极开关的一个例子是具有最大工作点B的设备_op.(max)， 45g，最小释放点，B_RP(min)，为- 40g，最小迟滞量B_沪元(最小)，为15g_op.(min)，可低至- 25g，最大释放点B_RP（最大值），可以高达30 G.图3显示了具有这些开关点的假设装置的单位的这些特性。在图3的顶部，迹线“最小ΔB”演示了振幅可以导致可靠的切换的程度。

图3。演示双极开关的可能开关点范围，用于低磁通振幅，窄螺距交流极目标

图3说明了双极开关的三种一般工作模式之间的差异:

• “锁存模式”描述任何带有正B的双极开关单元_op.和负面B._RP，其行为类似霍尔闭锁开关，要求两个磁场都存在，以完成操作(但没有实际闭锁设备状态)。
• “单极模式”描述带有两个B的任何双极开关单元_op.和B._RP在正(南)范围内
• “负单极模式”(有时也称为“负开关”模式)描述具有两个B的双极开关单元_op.和B._RP在负(北)范围内

释放点通量密度变得不那么重要,因为如果霍尔开关没有切换当杆已经过去,通量密度接近中性水平,B = 0 G,开关时肯定会关闭下面的杆增加了通量密度相反的极性。双极霍尔开关利用释放点磁通值的额外余量来实现较低的操作点磁通密度，这在环形磁铁应用中是一个明显的优势。雷竞技最新网址

这可以从V字中看出_出图3底部的轨迹，对于每一种模式，在每一极交替的开关是可靠的，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几乎对称的开关点。当使用等距环形磁极时，这倾向于使占空比接近完美。尽管如此，即使开关点是扭曲的，占空比仍将接近50%的开和50%的下降。对于电机换向，这是理想的，导致高效率。单极模式的单位与南极一起开启和关闭，当北极经过时什么也不做。在这种模式下，单位的占空比可能是40%，60%。在负单极模式的单位与北极关闭和打开，而不做任何事情，因为南极通过。在这种模式下，单位的占空比可能是60%，40%。

图4的三个面板显示了双极传感器集成电路工作模式的传输特性。

图4A。锁存模式特征。请注意开关点迟滞区域B_沪元，包括中性磁通密度水平，B = 0 g。

• 为了解释图4A，假设设备以磁通量密度在最左边的位置开机，此处的磁通量(B，在横轴上)比B更负_RP或B_op.．此处器件关闭，输出电压(V_出(在垂直轴上)是高的。
• 沿着箭头向右，磁场变得越来越正电荷。当电场大于B时_op.，设备打开。这导致输出电压改变到相反的状态，低。
• 而磁场的正电荷仍然大于B_RP，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_沪元．
• 沿着箭头向左，磁场的正电荷减少，然后负电荷增加。当磁场再次降到B以下_RP，设备关闭。这导致输出变回原来的状态，高。

• 出于图4B的说明的目的，假设设备为磁通密度在左侧的磁通密度，其中磁通量（B，水平轴线上）比B较小为正_RP或B_op.．此处器件关闭，输出电压(V_出(在垂直轴上)是高的。
• 沿着箭头向右，磁场变得越来越正电荷。当电场大于B时_op.，设备打开。这导致输出电压改变到相反的状态，低。
• 而磁场的正电荷仍然大于B_RP，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_沪元．
• 沿着箭头的方向向左，磁场的正电荷减小。当磁场再次降到B以下_RP，设备关闭。这导致输出变回原来的状态，高。

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

• 为了解释图4C，假设设备以磁通量密度在最左边的位置开机，此处的磁通量(B，在横轴上)比B更负_RP或B_op.．此处器件关闭，输出电压(V_出(在垂直轴上)是高的。
• 沿着箭头向右，磁场的负电荷减小。当场小于B时_op.，设备打开。这导致输出电压改变到相反的状态，低。
• 而磁场仍然小于B_op.，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_沪元．
• 沿着箭头的方向向左，磁场的正电荷减小。当磁场再次降到B以下_RP，设备关闭。这导致输出变回原来的状态，高。

磁铁

单独的磁体可用于提供两个相反的磁极，然而，通常使用环或条状磁体材料更经济有效。环形磁体和条形磁体是用规定间隔的交变磁极磁化的。环形磁铁是一个环状或圆盘状的组件(见图1)，具有交替径向或轴向磁化极点。条形磁铁是一种具有交变磁极的扁平条形磁铁。环形磁铁有多种材料可供选择，包括陶瓷、稀土和柔性材料。条形磁体几乎总是使用柔性材料，如含定向钡铁氧体的丁腈橡胶粘结剂，或更高能量的稀土材料。

环形磁铁通常被指定为具有若干极，而条形磁铁通常被指定为每英寸极。一个四极环形磁铁包含两个南北方向的交替磁极(N-S-N-S)，而一个11极每英寸的条形磁铁的交替磁极间距为0.0909英寸。中心。磁铁制造商提供各种各样的极间距。

上拉电阻

上拉电阻必须连接在正电源和输出引脚之间(见图4)。上拉电阻的普通值是1到10 kΩ。最小上拉电阻是传感器IC最大输出电流(汇聚电流)和实际电源电压的函数。20ma是典型的最大输出电流，在这种情况下，最小上拉电流为V_CC/ 0.020 A.如果电流消耗是一个问题的情况下，上升电阻可能大约50至100kΩ。小心：具有大的上拉值，可以邀请外部泄漏电流接地，即使当器件磁性关闭时，也足以降低输出电压。这不是设备问题，而是相当是在上拉电阻器和传感器IC输出引脚之间的导体中发生的泄漏。采取至极端，这可以缩小传感器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。

旁路电容的使用

旁路电容的布局请参见图5。一般来说:

• 对于没有斩波器稳定的设计，建议在输出和接地引脚之间以及电源和接地引脚之间放置0.01µF电容。
• 对于斩波稳定的设计，必须在电源和接地引脚之间放置0.1µF电容，在输出和接地引脚之间建议放置0.01µF电容。

开机状态

仅当磁场强度超过B时，双极设备才能以有效状态为动力_op.或者小于b_RP当使用电力时。如果磁场强度在磁滞带内，即在B之间_op.和B._RP时，该装置可以先假定开或关状态，然后在第一次超出开关点时达到正确的状态。设备可以设计上电逻辑，使设备在到达开关点之前处于关闭状态。

接通电源的时候

开机时间在一定程度上取决于设备设计。数字输出传感器集成电路，如双极器件，在以下时间内在初始上电时达到稳定。

基本上，这意味着在提供电源之后经过的经过时间之前，器件输出可能不是正确的状态，但是在经过此时间之后，设备输出被保证为正确的状态。

功耗

总功耗是两个因素之和:

• 传感器IC所消耗的功率，不包括输出损耗的功率。这个值是V_CC乘以电源电流。V_CC是设备供电电压，供电电流在数据表中指定。例如，给定V_CC= 12v和电源电流= 9ma。功耗= 12 × 0.009或108 mW。
• 输出晶体管所消耗的功率。这个值是V_{（开）（坐）}乘以输出电流(由上拉电阻设定)。如果V_{（开）（坐）}为0.4 V(最坏情况)，输出电流为20 mA(通常最坏情况)，功耗为0.4 × 0.02 = 8mw。正如你所看到的，由于饱和电压非常低，输出中的功率耗散不是一个大问题。

该示例的总功耗为108 + 8 = 116 MW。将此号码占用在问题的数据表中的额额可图中，并检查是否必须减少最大允许操作温度。

常见问题

问:我如何确定磁铁的方向?

答:磁极朝向设备的品牌面。品牌面是你可以找到设备的识别标记的地方，例如部件编号或日期代码。

问:我可以用磁铁靠近设备的背面吗?

答：是的，然而牢记这一点：如果磁铁的极仍然在相同方向上保持导向，则通过装置的磁通场的取向从前侧方法保持不变（例如，如果南极是南极在前侧方法中更靠近设备，然后北极将在后侧接近靠近设备）。然后，北极将产生相对于霍尔元素的正面场，而南极会产生负场。

问：是否有权衡将设备接近侧面？

是的。当从包装正面接近时，一个“干净”的信号是可用的，因为霍尔元件位于更靠近正面(包装贴牌面)而不是背面。例如，对于“UA”封装，带有霍尔元件的芯片位于封装的品牌面内0.50 mm，因此距离背面面约1.02 mm。(从品牌面到Hall元素的距离被称为“活动区域深度”。)

问:一个非常大的场能伤害霍尔效应装置吗?

答:不是。一个非常大的磁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:为什么我想要一个直升机稳定装置?

答:与非斩波设计相比，斩波稳定传感器集成电路具有更紧密控制开关点的更高灵敏度。这也可能允许更高的操作温度。大多数新的装置设计都采用了切碎的霍尔元件。

建议设备

Allegro双极交换机列在公司网站上的选择指南中，AT霍尔效应锁存器和双极开关．

可能的应用程序雷竞技最新网址

• 无刷直流电机旋转
• 速度感应
• 脉冲计数器、编码器
• 汽车

相关设备类型应用说明

• 单极开关
• Omnipolar开关
• 自锁开关(理解)

参考:AN27705