霍爾傳感器及開關分類

印寧華|印寧華|Indining China|

2022-06-01 17:21:19 24

什么是霍爾效應傳感器？

簡單地理解就是給一塊半導體材料通電，并將其置于磁場中。磁通線在半導體材料上施加力，使導電材料中的電荷載流子電子和空穴偏轉到半導體板的另一側，產生電位差輸出的霍爾電壓經過處理，就可以獲得磁場的大小、位置等信息。

初級霍爾效應傳感器包括：一個霍爾元件將磁場轉換為電壓；由于霍爾元件的輸出電壓很小，有時在微伏圍內，還有運算放大處理電路。最簡單的霍爾效應傳感器僅有三個引腳：電源、接地連接和輸出。如果霍爾效應傳感器只對某個方向上的磁場敏感，一旦將傳感器焊接到PCB上，一旦給定的磁場性質不是單向的，就很難得到*的位置信息。于是3D霍爾效應傳感器就誕生了，可以測量X，Y和Z軸的磁場。與傳統霍爾效應傳感器相比，3D傳感器使設備能夠測量任何方向放置的磁體，甚至可以測量多個維度并進行磁通角或振幅的片上計算。

霍爾傳感器屬于磁敏傳感器，能夠與電動自行車緊密相連，通過檢測磁場及其變化，從而實現更靈活的電機控制。因此，霍爾傳感器可在各種與磁場有關的場合中使用。電動自行車便大量利用了霍爾傳感器，特別是現行霍爾傳感器，如調速轉把，剎把以及無刷電機等。

電動車上的霍爾傳感器調速轉把

如何解決機器人橫沖直撞的問題？

掃地機器人需要精確的角度測量監控輪胎中電機的位置，保證可以精確地按照路線行駛。如果機器人出現橫沖直撞，肆意駕駛，未按照規定的路徑運行的情況，很有可能是位置信息監測不精確。在工業領域AGV小車中，也會遇到同樣的問題。

想要解決這個問題，就需要高精度的位置測量傳感器，保證機器人運行自如。

使用霍爾效應傳感器是系統中測量位置的常用方法，霍爾效應傳感器具有高精度、高一致性和高可靠性的優點，能夠準確感知系統中對象的位置和移動。

比如在AGV中，就可以使用3D 霍爾效應位置傳感器TMAG5170解決方案。僅需1顆，就可測量X，Y和Z三軸磁場，能夠計算任意兩個軸的角度和大小，是旋轉角度跟蹤和監測線性位置的理想芯片。此外，TMAG5170還有具有超高精度，最大靈敏度漂移誤差為±2.8%，可實現具有增益和偏移調節的片上集成角CORDIC計算。

在精度要求沒那么高的掃地機器人中，就可以使用到另一款霍爾效應傳感器新品TMAG5273，靈敏度漂移為5%，同樣具有增益和偏移調節的片上集成角CORDIC計算。

TMAG5273 還具有提供各種電源模式，可通過 I2C總線進行配置，包括喚醒和睡眠，從而適用于電池供電設備。當掃地機器人充電時，TMAG5273 可以置于休眠模式以節省電力。

單極霍爾開關 霍爾元器件只能識別固定磁極（N或S，一般都是指定S極），當磁場靠近時霍爾導通輸出低電平，磁場遠離時霍爾關閉輸出高電平。而另一磁極始終高電平。

雙極霍爾開關 需要兩個磁極分別控制高低電平，利用磁場NS極交替來輸出信號。對不同磁極分別響應，一般為N極響應為高，S極響應為低。如S極靠近時輸出低電平，N極靠近時輸出高電平。雙極霍爾有一種特殊形式叫鎖存霍爾或鎖定霍爾：如S極靠近時開啟，磁場離開繼續保持開啟;當靠近N極時才會關閉，磁場移除后繼續保持關閉狀態，直到下次磁場改變，這種保持上次狀態的特性即鎖存特性，這種類型的霍爾就是雙極鎖存型霍爾；

全極霍爾開關（無極性霍爾開關）不分南極(S)北極(N)檢測磁場，對任意磁極都響應，只要有磁場靠近就響應；磁鐵接近時輸出低電平，遠離時輸出高電平。注：請與雙極霍爾區分，全極霍爾是NS磁場都能感應.

霍爾開關

線性霍爾 的輸出電壓與傳過其本身的磁場強度成正比，根據磁場極性和強度其輸出電壓上升或下降。通過磁場強度的變化可以得知出相應位置的改變數據，輸出電壓與感應到的磁場極性和強度的關系固定，主要用于位移檢測，油門踏板、調速、壓力傳感，磁場檢測，電流檢測；

線性霍爾元件是一種模擬信號輸出的磁感測器，輸出電壓隨輸入的磁力密度線性變化。

線性霍爾效應感測器 IC 的電壓輸出會精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態（無磁場）時，從理論上講，輸出應等于在工作電壓及工作溫度范圍內的電源電壓的一半。增加南極磁場將增加來自其靜態電壓的電壓。相反，增加北極磁場將增加來自其靜態電壓的電壓。這些部件可測量電流的角、接近性、運動及磁通量。它們能夠以磁力驅動的方式反映機械事件。

線性霍爾元件是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，一般應用于調速，測電壓、電流、功率、厚度、線圈匝數等等。

線性霍爾傳感器

小結: 線性霍爾元件的精度高,線性度好;霍爾開關器件無觸點，無磨損

注意：

一般在選取霍爾時還要注意查看它是否帶鎖存功能（一般應該都帶），如果沒有鎖存功能，那么每次它響應后的狀態是不確定的！

有的霍爾元件在弱磁場（幾乎沒有磁場）中加電，初始狀態不確定！

磁場強度的兩種表示特斯拉和高斯的換算關系：1mT=10Gs。

附: 幾種霍爾傳感器的測量方法

一、線性霍爾元件的好壞判斷
1、改變磁場的大小線性霍爾元件的好壞
將線性霍爾元件通電，輸出端接上電壓表，磁鐵從遠到近逐漸靠近線性霍爾元件時，該線性霍爾元件的輸出電壓逐漸從小到大變化，這說明該線性霍爾元件是好的，如果磁鐵從遠到近逐漸地靠近線性霍爾元件，該線性霍爾元件的輸出電壓保持不變，這說明該線性霍爾元件已被損壞。
2、改變線性霍爾元件恒流源的電流大小判斷線性霍爾元件的好壞
磁鐵保持不動（即對線性霍爾元件加入一個固定不變的磁場），使得線性霍爾元件恒流源的電流從零逐漸地向額定電流變化時（不能*過線性霍爾元件的額定電流），這時線性霍爾元件的輸出電壓也從小逐漸地向大變華，這說時該線性霍爾元件是好的，如果線性霍爾元件恒流的電流從零逐漸地向額定電流變化時，這時該線性霍爾元件的電壓保持不變，這說明該線性霍爾元件已損壞。

二、單極開關型霍爾元件的好壞測量
將單極開關霍爾元件通電5V，輸出端串聯電阻，當磁鐵遠離開關霍爾元件時，開關霍爾元件的輸出電壓為高電平（+5V），當磁鐵靠近開關霍樂元件時，開關霍爾元件的輸出電壓為低電平（+0.2V左右），這說明該開關開型霍爾元件是好的。如果不認靠近或離開霍爾開關，該霍爾開關的輸出電平保持不變，則說明該霍爾開關已損壞。

三、雙極鎖存霍爾開關元件的好壞測量
當磁鐵N極或S極靠近霍爾開關，輸出是高電平或低電平，然后拿開霍爾元件，電平保持不變，再用剛才相反的磁極得到與剛剛相反的電平，這時說明霍爾元件是好的，如果當霍爾元件靠近得到的電平，在磁鐵離開后不鎖存，說明霍爾是壞的，當磁鐵用相反的極性靠近霍爾，得不到與另一個極性靠近霍爾所得出相反的電平，那么這個霍爾開關也是壞的。

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