由Monica Thomas和Michael Googue，Allegro雷竞技竞猜下载 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。雷竞技最新网址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。霍尔效应是指当外加电流受到垂直磁场的影响时所产生的可测电压。
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设备适用于各种应用：开关，线性，速度/方向IC和电流传感器IC，以命名为几个。雷竞技最新网址
开关产生基于磁操作的数字输出(B人事处和释放（brp.)特定设备的点。线性产生与应用磁场成正比的模拟或脉宽调制(PWM)输出。
在开关和线性应用中，有几种可能的磁铁配置用雷竞技最新网址于驱动该器件。例如，“正面”的工作方式是指垂直于霍尔器件的活动面移动磁铁，如图2所示。
图2.头部大厅致动。Teagg是总有效的气隙。
另外，“滑动”的操作方式是指将磁铁平行于霍尔器件的活动面(见图3)。滑动方法由于其磁体行程较小，通常比正面方法具有更好的传感精度。两极之间巨大的磁斜率使获得非常精确的开关点位置成为可能。然而，滑动方法也需要使用强磁铁和一个小的总有效气隙(TEAG)。
图3。削减驱动。Teagg是总有效的气隙。
另一个用于致动霍尔设备的方法被称为叶片断路器切换。叶片是一种铁磁材料，其具有切入其中的凹口的独特配置。叶片可以定制为线性或旋转运动。通过叶片中断器切换，磁体和霍尔装置安装在固定位置，使得霍尔装置被激活磁铁被迫进入“开启”状态。当叶片的黑色材料在霍尔器件和激活磁体之间通过时，叶片形成磁通分流器，以将场转向远离霍尔装置。常用叶片中断技术经常使用精度切换（参见图4）。
图4.叶片中断器切换霍尔致动。
叶片中断开关的一个变化是使用专门的后偏霍尔效应装置(见图5)。后偏装置可用于接近开关或齿轮齿速和角度传感。通过这些设备，一个稀土颗粒和霍尔传感器集成到一个单一的封装中，减少了放置和校准的问题。背偏传感器ic通常处于“关”状态。当铁质材料在封装前通过时，磁场通过霍尔器件的活动面，激活集成电路。
图5。齿轮齿霍尔驱动。
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。SOIC-8封装中的电流传感器霍尔器件。
对于高达200a的更大电流，铜导体的尺寸必须增加，以满足材料内部的电流密度。由于这种较厚的导体和线性霍尔元件之间的磁耦合，必须使用磁通集中器(见图7)。典型的一次导体电阻可低至100μΩ。
图7。电流传感器IC器件用于大电流(> 200a)应用。雷竞技最新网址
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。雷竞技最新网址选择适当的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。雷竞技最新网址
霍尔传感器IC提供了一种非接触式解决方案，用于确定设备的旋钮位置。有几种技术可用于确定旋钮位置。例如，如果应用程序需要有限，则可以使用离散旋钮位置，然后可以使用诸如A1120或A321x的简单开关。应用中的每个开关都表示旋钮周围的不同位置标记。当连接到转动旋钮的磁体靠在静止开关上方之一上方时，简单的电子逻辑可以破译已经选择了哪个级别。
对于更高的精度应用，线性设备可以与微处理雷竞技最新网址器一起使用。当旋钮转动时，线性装置基于从霍尔元件的磁场的衰减提供旋钮的绝对模拟位置，而微处理器中的查找表解释磁体的位置。适当的线性装置取决于应用中所需的准确性。可能性包括A132X或可编程A138x。
从旋钮位置的开关和线性实现的不同输出电压响应如图8所示。
图8.霍尔开关与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雷竞技最新网址关相比，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。采用充气膜片实现的液位传感技术。
霍尔传感器集成电路适用于各种滚筒旋转传感需求，如速度、方向和断带检测。
可以通过将磁铁连接到旋转鼓并使用固定霍尔开关来构造简单的旋转指示器。每次滚筒都完全旋转时，开关将发出数字脉冲。该信号可用于简单地指示滚筒是否旋转，或者也可以由微处理器使用以计算速度。如果需要更高的鼓位置精度，则可以使用差分霍尔设计（例如A3425）感测滚筒的角位置，如图5所示的齿轮配置。更复杂的后偏置霍尔配置，例如A3423，能够提供鼓速度信息和方向检测。
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。
传统技术使用电机控制组件的接地开关中的一个分流器来检测电机电流。这种方法只能监测到一半的电机电流，这降低了精度，增加了I2损失。霍尔效应电流传感器IC从电流路径完全隔离输入电源，允许高精度和低功率测量。Allegro的ACS712可在SOIC-8封装中提供，用于小型电流，ACS75x位于CB封装中，可用于更大的电流检测需求。
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。雷竞技竞猜下载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139x线性霍尔传感器IC。
图12. 3 V，A139x微功率线性与睡眠引脚输入的图。
本文所描雷竞技最新网址述的应用只是霍尔技术如何提高现代家电性能和可靠性的几个例子。表1概述了其他霍尔的应用。雷竞技最新网址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雷竞技最新网址
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
齿轮;接近;转变
失去平衡
线性;转变
水位
循环控制拨号
流量计
闩锁;双极交换机;线性
烘干机
鼓速度
腰带
转变;集成电流传感器IC
烤箱
烤箱门光
自清洁门锁/互锁
冰箱
制冰机完整
门闩;转变
门光
货架位置
洗碗机
门打开/关闭
喷雾机运动
转变;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
选择切换
车库门
最终停止位置
搅拌机
水软化剂
阀位
门闩;转变;线性
G. Pepka。“利用霍尔效应传感技术进行位置和液位传感”。雷竞技竞猜下载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”。雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems技术纸张。IATC, 2004年3月。
A. Friedrich，M. Googue，J. Cummings。“霍尔效应电流传感的最新趋势”。雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems技术纸张。PCIM 2006，2006年5月。
本文所述的产品在下列一项或多项中制造在下列5,619,137中;5,621,319;6,781,359;7,075,287;7,166,807;7,265,531;7,425,821;或其他专利申请。
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