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霍爾傳感器在樓宇自動化便攜設備中的重要意義
點擊次數:277 發布時間:2018-08-03

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摘自Motaz Khader | 2018年1月23日, 翻譯by 愛澤工業

 

霍爾效應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計和應用的理想選擇。

 

當今樓宇自動化和個人電子市場的主要趨勢包括小型化和便攜性,以及智能化和低成本。然而,實現這些趨勢既需要挑戰,也需要權衡。霍爾效應傳感是該市場最有前途的技術之一。

 

霍爾效應原理是Edwin Hall于1879年發明的一種流行的磁傳感技術。原理是在向導體施加垂直磁場時,在載流導體(通常稱為霍爾元件)中產生的差分電壓。電壓是由施加的磁場引起的洛倫茲力的結果,其導致電流電子集中在導體的一端并在兩端之間產生電勢差。

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圖1

 

電壓通常稱為霍爾電壓(VH)

 

圖1說明了霍爾效應原理以及電流,電壓和磁場之間的關系。產生的電壓通常稱為霍爾電壓(VH)。當不存在磁場時,電流電子的分布是均勻的并且VH是零。當施加磁場時,電流電子的分布受到干擾,并且將導致與電流和施加的磁場的交叉積成比例的非零VH。電流通常是固定的,導致VH與施加的磁場之間的直接關系。

 

VH具有非常小的值(用于產生施加磁場的每毫安的霍爾電流的電壓電壓的每伏特幾微伏的量級(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,這就是為此階段需要差分放大器的原因。

 

圖2顯示了霍爾效應傳感器的典型組件。不同的霍爾效應傳感器以多種方式使用差分放大器的輸出來實現各種功能。有關霍爾效應傳感器和其他磁傳感器技術的更多詳細信息,請查看德州儀器(TI)關于此主題的***。

 

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圖2

 

基本霍爾效應傳感器構建模塊包括電源

 

霍爾元件和運算放大器

 

霍爾效應傳感的好處

霍爾效應傳感器已被證明是****的磁場傳感器之一,原因如下:

*低成本

*功耗低

*占地面積小

*可靠性高

*簡單

*距離感應

*多功能性(開關,鎖存,線性和多個磁閾值)

*真正的固態

*壽命長

*能夠以固定輸入(零速度)運行

*缺少活動部件

*邏輯兼容的輸入和輸出

*寬溫度范圍(-40至+ 150°C)

 

這些功能可轉換為特定器件數據手冊中的各種電氣和磁性規范。您可以在TI的“了解和應用霍爾效應傳感器數據表”應用筆記中了解有關這些規范以及如何解釋這些規范的更多信息。此外,TI還提供了有關低功耗優勢的技術說明。

 

霍爾效應傳感器的類型

 

霍爾效應傳感器可根據不同應用進行配置。它們通常可以分為兩類:基于閾值和線性。

 

*基于閾值的霍爾效應傳感器可以作為一個開關,通過單個輸出(全極),兩個輸出(雙極單極),鎖存輸出(雙極)或一個極(單極)響應任一磁極。通常,如果場來自南極,則輸出電壓為正。如果場源是北極,則輸出電壓為負。 TI最近為數字霍爾效應傳感器開發了一系列低功耗霍爾效應數字開關(DRV5032)和鎖存器(DRV5012)。圖3顯示了這些傳感器的傳遞函數。

 

*線性霍爾效應傳感器有時被稱為比率霍爾效應傳感器,因為輸出是比例信號,其相對于所施加的磁場線性變化;電源電壓決定了輸出范圍。為了避免使用多個電源來偏置差分放大器級,所施加的偏移(零電壓)將輸出移位到正范圍。此外,由于霍爾效應傳感器在最大值和最小值附近飽和,因此線性區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傳感器

 

可以具有不同的傳遞函數

 

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

 

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圖4

 

傳感器輸出可以遵循線性(比率)

 

霍爾效應傳感器傳遞函數(頂部)

 

或用于生成PWM信號(底部)

 

應用

霍爾效應傳感器具有許多功能,使其對樓宇自動化和個人電子市場具有吸引力。以下是幾種使用情況,其中這些傳感器為各種終端設備啟用不同的功能。

 

樓宇自動化

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圖5

 

霍爾效應傳感器的樓宇自動化用例

 

包括旋轉編碼(a)

 

篡改/安裝檢測(b)

 

和自測(c)

 

*旋轉編碼:鎖存型(如TI的DRV5012)或開關型單極霍爾效應傳感器檢測小型電機的轉數,以確定電動百葉窗/燈罩或智能門鎖的位置(圖5a)。 (參見TI的“增量旋轉編碼器設計注意事項”技術說明。)

 

*開/關檢測:對于可靠,高度連接和便攜的物聯網設備(例如,電池供電的無線窗口和門安全傳感器),開關型霍爾效應傳感器優于**開關,因為它們的功耗低,占地面積更小,可靠性更高。此外,它們沒有活動部件,不易受環境條件的影響。 (參見TI的“具有低于1 GHz的低功率門窗傳感器和10年紐扣電池壽命參考設計。”)

 

*篡改檢測:開關型霍爾效應傳感器可以從安裝座檢測便攜式安全設備的存在與否。例子包括電池供電的門鈴或無線商用煙霧探測器(圖5b)。

 

*自檢激活或1位無線本地通信:物理訪問需要定期維護的某些設備以觸發自檢/診斷模式可能很困難。將開關型霍爾效應傳感器放置在感興趣的設備內并使用磁棒觸發自檢或診斷模式可以簡化此過程(圖5c)。

 

個人電子產品

 

*位置檢測。開關型霍爾效應傳感器可以優化和實現個人電子設備中的許多功能,包括手機和平板電腦的無線充電對準;手機和平板電腦的覆蓋檢測;筆記本電腦的蓋子/屏幕位置檢測;和配件檢測平板電腦。

 

圖6顯示了使用基于閾值的霍爾效應開關的這些用例的幾個示例。線性霍爾效應傳感器可精確檢測游戲和虛擬現實控制器的按鈕位置,以及360度的屏幕角度。旋轉筆記本。

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圖6

 

個人電子用例:

 

用于位置檢測的霍爾效應開關(a)

 

游戲控制器和360筆記本電腦中的線性傳感器(b)

 

小結

 

霍爾效應傳感器的優勢,例如低功耗,成本效益和更小的占地面積(僅舉幾例),使它們在樓宇自動化和個人電子設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編碼到手機,平板電腦和筆記本電腦中的位置檢測。

 

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:

- 文章轉載自網絡,版權歸原作者所有!

- 翻譯:愛澤工業(如有偏頗,敬請指正)

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