霍爾傳感器的原理及其典型應(yīng)用

霍爾效應(yīng)傳感器是一種磁傳感器，可用于檢測(cè)由永磁體或電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，其輸出與被檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例變化。

磁傳感器被設(shè)計(jì)用于在各種不同的應(yīng)用中響應(yīng)廣泛的正磁場(chǎng)和負(fù)磁場(chǎng)，其中一種磁傳感器的輸出信號(hào)是其周圍磁場(chǎng)密度的函數(shù)，稱為霍爾效應(yīng)傳感器。

磁性傳感器是越來越受歡迎的固態(tài)器件，因?yàn)樗鼈兛梢杂糜谠S多不同類型的應(yīng)用，如傳感位置，速度或方向運(yùn)動(dòng)。

霍爾效應(yīng)傳感器是電子設(shè)計(jì)人員的熱門傳感器選擇，因?yàn)樗鼈兊姆墙佑|式無磨損操作，低維護(hù)，堅(jiān)固的設(shè)計(jì)以及密封的霍爾效應(yīng)設(shè)備不受振動(dòng)，灰塵和水的影響。

霍爾效應(yīng)傳感器原理

霍爾效應(yīng)傳感器基本上由薄的矩形p型半導(dǎo)體材料組成，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）或砷化銦（InAs），它們通過自身的連續(xù)電流。

當(dāng)器件被置于磁場(chǎng)中時(shí)，磁通量線對(duì)半導(dǎo)體材料施加一個(gè)力，使載流子、電子和空穴偏轉(zhuǎn)到半導(dǎo)體板的兩側(cè)。載流子的這種運(yùn)動(dòng)是它們?cè)谕ㄟ^半導(dǎo)體材料時(shí)所經(jīng)歷的磁力的結(jié)果。

當(dāng)這些電子和空穴向一邊移動(dòng)時(shí)，由于這些載流子的積聚，半導(dǎo)體材料的兩邊就產(chǎn)生了電位差。然后，電子通過半導(dǎo)體材料的運(yùn)動(dòng)受到與它成直角的外部磁場(chǎng)的影響，這種影響在扁平的矩形材料中更大。利用磁場(chǎng)產(chǎn)生可測(cè)量電壓的效應(yīng)被稱為霍爾效應(yīng)。以埃德溫·霍爾的名字命名，他在19世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)傳感器可提供線性或數(shù)字輸出。線性（模擬）傳感器的輸出信號(hào)直接來自運(yùn)算放大器的輸出，輸出電壓與通過霍爾傳感器的磁場(chǎng)成正比。輸出霍爾電壓公式為：

VH為霍爾電壓，單位為伏特

RH為霍爾效應(yīng)系數(shù)

I是通過傳感器的電流，單位為安培

T為傳感器厚度，單位為mm

B是以特斯拉為單位的磁通密度

霍爾傳感器的典型應(yīng)用

一、接近檢測(cè)

開關(guān)指示系統(tǒng)處于兩個(gè)固定機(jī)械位置中的哪一個(gè)位置。下圖顯示了三種常用方法以及磁體相對(duì)于傳感器的運(yùn)動(dòng)：迎面，頭頂滑過，平面內(nèi)水平。還使用了線性傳感器，它們不僅可以提供接近物體的數(shù)據(jù)，還可以提供接近程度的數(shù)據(jù)。

具體應(yīng)用：按鈕開關(guān)、滑動(dòng)開關(guān)、蓋閉合或打開檢測(cè)、觸發(fā)器
推薦的器件：SWF254S, SWC254N, SWG310N, SWU254S

二、滑動(dòng)位移

線性器件通過固有的零場(chǎng)點(diǎn)和相對(duì)于行程的線性場(chǎng)響應(yīng)范圍，確定穿過定義路徑（直線、圓弧等）的絕對(duì)行程。通過等間隔放置多個(gè)傳感器而不重疊其線性區(qū)域，可以增加行程范圍。

具體應(yīng)用：圖像穩(wěn)定、柱塞位置控制、高分辨率撥號(hào)選擇器
推薦的器件：SWG515NS

三、增量旋轉(zhuǎn)編碼

角行程或線性行程的速度和方向可以通過單個(gè)鎖存器輕松實(shí)現(xiàn)。多極磁體還定義了步進(jìn)分辨率。在恒定速度下，磁信號(hào)本質(zhì)上是正弦的，但是不同相。雙鎖存器裝置可相對(duì)于磁體靈活放置，因此使用此類裝置很容易實(shí)現(xiàn)正交編碼。

具體應(yīng)用：旋鈕、恒溫器、家用電器撥盤、洗衣機(jī)滾筒

推薦的器件：SWU210NS, SWB212NS, SWG333NS

四、BLDC電機(jī)換向

在此應(yīng)用中，三個(gè)鎖存器用于檢測(cè)速度、方向和位置。通過精確地同步通過定子線圈的電流，轉(zhuǎn)子上的永磁體被這些不斷變化的磁極吸引或排斥，最終產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

具體應(yīng)用：BLDC電機(jī)
推薦的器件：SWU330NS

五、角度測(cè)量（單軸）

通過測(cè)量彼此相差90°的兩個(gè)磁場(chǎng)分量，并在反正切函數(shù)atan(B1/B2)中使用該信息來計(jì)算角度，即可確定旋轉(zhuǎn)絕對(duì)位置。相關(guān)應(yīng)用需要用到兩個(gè)線性傳感器（如下面的圖所示），它們采用兩種不同的封裝類型：SOT23，TO92S

具體應(yīng)用：在無人機(jī)、手持個(gè)人電子產(chǎn)品中使用的云臺(tái)
推薦的器件：SWB502NS, SWB512NS, SWU506NS

審核編輯 黃宇