霍爾傳感器的架構(gòu)與工作原理介紹

霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)差非常小，往往只有幾微伏，因此霍爾傳感器中往往內(nèi)置了非常高增益的運(yùn)算放大器，根據(jù)整體需求還會(huì)配合其他一些系統(tǒng)電路，整體架構(gòu)如下所示；

通?；魻杺鞲衅鹘K輸出的信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種；

輸出數(shù)字信號(hào)：一般在運(yùn)算放大器后級(jí)增加一個(gè)施密特觸發(fā)器，則輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，通常為系統(tǒng)提供相應(yīng)的遲滯和開關(guān)閾量，類似的如開關(guān)型霍爾元器件；

輸出模擬信號(hào)：線性霍爾傳感器的輸出量是模擬信號(hào)，配合ADC進(jìn)行采樣，可以用于檢測(cè)物體的位移；

霍爾開關(guān)工作原理

一、原理簡(jiǎn)介

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為：U=K·I·B/d，其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。

霍爾開關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換實(shí)際應(yīng)用的電信號(hào)?；魻栭_關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似的NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。

二、內(nèi)部原理圖

四項(xiàng)漏電流含義

在機(jī)器總開關(guān)斷開的情況下，

充電電路連接電池的漏電流功耗：機(jī)器與電池之間的漏電流；

BMS給電池供電時(shí)的功耗：電池對(duì)電池保護(hù)板本身的供電消耗；

BMS關(guān)閉給PCBA供電時(shí)的功耗：電池進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)后對(duì)外保護(hù)板和機(jī)器的漏電消耗；

電池電芯的自耗電功耗：電池電芯自漏電損耗；

濾波電容在EMC設(shè)計(jì)電路的作用原理

在實(shí)際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz，甚至超過1GHz。對(duì)這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲，是因?yàn)閮蓚€(gè)原因：一個(gè)原因是電容引線電感造成電容諧振，對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的阻抗，削弱了對(duì)高頻信號(hào)的旁路作用；另一個(gè)原因是導(dǎo)線之間的寄生電容使高頻信號(hào)發(fā)生耦合，降低了濾波效果。

穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲，是因?yàn)榇┬碾娙莶粌H沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題，而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上，利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時(shí)，要注意的問題是安裝問題。

穿心電容的弱點(diǎn)是怕高溫和溫度沖擊，這在將穿心電容往金屬面板上焊接時(shí)造成很大困難。許多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特別是當(dāng)需要將大量的穿心電容安裝在面板上時(shí)，只要有一個(gè)損壞，就很難修復(fù)，因?yàn)樵趯p壞的電容拆下時(shí)，會(huì)造成鄰近其它電容的損壞。

共模電感在EMC設(shè)計(jì)電路的作用原理

由于EMC所面臨解決問題大多是共模干擾，因此共模電感也是我們常用的有力元件之一，共模電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。

原理是流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當(dāng)大的電感量，對(duì)共模電流起到抑制作用，而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)，而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。

共模電感在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求：

（1）繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。

（2）當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

（3）線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

（4）線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過電壓的而授能力。

通常情況下，同時(shí)注意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們?cè)谶x擇共模電感時(shí)需要看器件資料，主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗對(duì)信號(hào)的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特別注意高速端口。

磁珠在EMC設(shè)計(jì)電路的作用原理

在產(chǎn)品數(shù)字電路EMC設(shè)計(jì)過程中，我們常常會(huì)使用到磁珠，鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導(dǎo)磁率，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容。

鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)用，因?yàn)樵诘皖l時(shí)他們主要程電感特性，使得線上的損耗很小。在高頻情況下，他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實(shí)際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。

實(shí)際上，鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由他的電阻特性決定的。

鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時(shí)呈現(xiàn)電阻性，相當(dāng)于品質(zhì)因數(shù)很低的電感器，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高高頻濾波效能。

在低頻段，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，低頻時(shí)R很小，磁芯的磁導(dǎo)率較高，因此電感量較大，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；并且這時(shí)磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高Q特性的電感，這種電感容易造成諧振因此在低頻段，有時(shí)可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強(qiáng)的現(xiàn)象。

在高頻段，阻抗由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率升高，磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小。但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號(hào)通過鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。

鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí)，使用片式磁珠是的選擇。

片式磁珠和片式電感的應(yīng)用場(chǎng)合

片式電感：射頻（RF）和無線通訊，信息技術(shù)設(shè)備，雷達(dá)檢波器，汽車電子，蜂窩電話，尋呼機(jī)，音頻設(shè)備，個(gè)人數(shù)字助理（PDAs），無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。

片式磁珠：時(shí)鐘發(fā)生電路，模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波，I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比如串口，并口，鍵盤，鼠標(biāo)，長(zhǎng)途電信，本地局域網(wǎng)），射頻電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間，供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)，錄像機(jī)（VCRS），電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。

磁珠的單位是歐姆，因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來標(biāo)稱的，阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會(huì)提供頻率和阻抗的特性曲線圖，一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn)，比如是在100MHz頻率的時(shí)候磁珠的阻抗相當(dāng)于1000歐姆。針對(duì)我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好，通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。

另外選擇磁珠時(shí)需要注意磁珠的通流量，一般需要降額80%處理，用在電源電路時(shí)要考慮直流阻抗對(duì)壓降影響。