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霍尔电流传感器

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霍尔电流传感器的分类及工作原理

发布日期:2021-06-29 作者:启东双赢电子科技有限公司 点击:

    霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔器件,广泛地应用于工业自动化技术、检 测技术及信息处理等方面。


    霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类,前者是一 个简单的霍尔片,使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔集成电路是随着半导体集成电路工业的发展近20年才出现的产品,但因它体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高,耐震动,不怕灰 尘、油污污染,成本低等优点,使其得到了广泛的应用。霍尔集成电路有很多其他称呼,如:霍尔效应集成电路,霍尔效应传感集成电路,霍尔传感器,霍尔电路,霍尔IC。Hall有时也被翻译成霍耳,所以也可称霍耳集 成电路等。以下简称霍尔IC。


    霍尔IC通常按输出信号类型分为数字霍尔IC和线性霍尔IC。数字霍尔IC通过外部磁场的强弱控制输出导通或关断,类似开关的作用,因此常称为开关型霍尔IC。线性霍尔IC输出为模拟信号,输出电压与外部磁场的强弱通常成线性关系。开关型霍尔IC常又分为单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC、双极型霍尔IC、全极型霍尔IC四类。为便于说明,按通常约定,当外加磁场的南极接近霍尔IC打有标志的一面时,作用到霍尔IC上的磁场方向为正,当北极 接近标志面时,磁场为负。


霍尔电流传感器1.jpg



     1、单极型霍尔IC:经常被称为开关霍尔IC、霍尔开关、霍尔效应开关。只对单个磁极有响应。大多数单极霍尔IC,当S极面向标记面,且施加的磁感应强度B超过工作点时,输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点或撤除时,输出 关断, 输出由低变高。单极型霍尔IC在上电过程中如果外部磁场大于BOP,输出初始状态将 为导通。相反,如上电过程中外部磁场小于BOP,输出初始状态将为关断。上电状态可确定是单极型霍尔IC的一个重要特性。


     2、锁存型霍尔IC:S极和N极交替作用于霍尔IC。大多数锁存型霍尔IC,当S极面向标记面,且施加的磁感应强度超过工作点时,输出导通,输出由高变低。当磁感应强度减弱直至撤除,输出保持导通。当N极面向标记面,且施加的磁感应强度超过释放点时,输出关断, 输出由低变高。锁存型霍尔IC上电过程中,如果外部磁场处于BOP和BRP之间,输出初始状态将不确定。


     3、全极霍尔IC:是较新出现的类型,将S极和N极等同对待。一般情况下,任何一个磁极面向标记面,且施加的磁感应强度B超过工作点(BOP)(即|B|>BOP), 输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点或撤除时,输出关断,输出由低变高。也有部分与以上输出状态相反的全极霍尔IC。


     4、双极型霍尔IC:是比较早期的一种类型,因半导体工艺限制,生产出较的霍尔IC灵敏度分布范围很大,一致性差。同一型号霍尔,部分是锁存型的,部分是单极型的,部分是N极单极型的,是三种的混合体。任何一颗双极型霍尔IC,不能确定是单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC或负单极霍尔IC。目前,新型号中很少再有双极型霍尔IC。注意,很多用户会把双极型霍尔IC误认为是锁存型霍尔IC,也有误认为是全极型霍尔IC。


     5、线性霍尔 IC:输出为模拟信号,输出电平在一定的范围类与外加磁场成线性关系,称为线性磁场范围。外加磁场超出线性磁场范围,将不再成线性关系,直至输出饱和,有低输出饱和电压和高输出饱和电压。


     以上是简单常用的霍尔IC,除了这些,近几年还出现了一些集成度高、功能复杂的专用霍尔IC,如差分霍尔IC,集成ADC、DAC 和信号处理电路的旋转位置传感器、三轴位置传感器,集成了电机控制和驱动电路的无刷电机驱动芯片。此外,利用霍尔原理设计的电流传感器IC也是霍尔IC的一大类别。随着手机、笔记本电脑、DV等便携式设备的普及,对霍尔IC的功耗提出要求,由此产生了一类新的霍尔IC—微功耗霍尔IC。它是数字霍尔 IC 按功耗单独分出的一类,其内部 采用休眠机制降低功耗,平均功耗可以达到uA极。它也可按功能分为单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC、和全极霍尔IC三类。这类一般用于电池长期供电的系统。

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关键词:霍尔电流传感器

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