浅谈霍尔效应技术对电器设计的影响

本技术论文简要介绍了霍尔效应技术，其基本原理以及当今先进技术的扩展。本文包括对霍尔效应技术所关注的历史领域以及如何认识这些领域的回顾。本文档中还提供了与机械开关技术的比较。最后，本文概述了霍尔效应技术如何并且可以在不同的设备应用中使用。

霍尔效应传感器技术取得了显着进步，以合理的成本提供了高性能，准确性，一致性，可靠性和新功能集。霍尔效应器件目前在成本敏感，质量和可靠性意识强且经受恶劣环境的大批量汽车应用中处于领先地位，霍尔效应器件已脱颖而出，并已成为涉及以下方面的许多关键安全性和性能用途的首选技术：感应：运动，位置，速度，方向，接近度和电流。在许多情况下，霍尔效应传感器在汽车领域的成功应用可直接转移到家电领域。

霍尔效应设备可能无法完全取代机械开关，但它们确实为电器提供了显着的优势。与其他开关技术相比，它们的主要优势是无触点，无反弹的开关。这实际上消除了由物理“磨损”引起的故障，并且不受通常与“严酷”条件相关的尘土，灰尘或其他环境因素的影响，但对设备也很重要。

操作理论

霍尔效应器件的基本元件是一小片以图1表示的半导体材料。如图2所示，当向元件施加恒定电压源时，它将迫使恒定的偏置电流流向元件。输出采用电压的形式，可以在纸张的整个宽度上对其进行测量。

图1基本霍尔元素

图2基本霍尔器件电路

它本身的电压强度可以忽略不计，但是如果将偏置的霍尔元件放置在磁场中，该磁场的通量线与霍尔电流成直角（图3），则电压输出将被放大，并与电压成正比。磁场的强度。这就是霍尔效应，是EF霍尔在1879年发现的。

图3施加的磁通量

这种现象是当今所有霍尔效应器件的基础。使用现代半导体制造技术和电路，可以通过以下方法增强基本霍尔元件：

添加稳压器以在广泛的输入电压范围内提供稳定的电源，以及添加一个放大器以增加可用信号。

这些增强功能如图4所示。这些元素的组合是大多数实际HED（霍尔效应器件）的基本组成部分。它由线性HED的典型结构组成，线性HED的输出电压与磁场强度成正比。例如，图4中的模块可以与具有内置滞后作用的施密特触发器阈值检测器（根据预定电压或磁场强度开启和关闭的设备）以及集电极开路NPN组合使用或开漏MOSFET输出晶体管来创建霍尔效应（数字）开关（图5）。

图4具有信号增强电路的电路构建块

图5实用霍尔效应开关电路

以这种方式实现霍尔效应元件可创建具有数字输出功能的电路。当所施加的磁通密度超过某个极限值（称为操作点（Bop））时，触发器将提供从关闭到开启的干净过渡，而不会出现触点弹跳或“颤动”。图5中所示的晶体管通常是饱和开关，每当施加的通量密度高于Bop跳变点时，该开关就会将输出端子接地。当磁场降到Bop以下某个限制（称为释放点（Brp））时，触发器将提供从接通到断开的干净过渡。定义的内置磁滞（Bhys）通过引入磁死区来消除振荡（输出的虚假切换），该死区在超过阈值后将禁用开关动作。

与上拉电阻一起使用时，这种类型的开关通常与所有数字逻辑系列兼容。输出晶体管通常可以吸收足够的电流以直接驱动许多负载，包括：继电器，三端双向可控硅开关元件，SCR，LED和灯。这样的电路通常限于24 V和25 mA。对于继电器等电感性负载，通常需要一个外部反激二极管。切换较高的电压或电流通常需要一个额外的继电器，或一个分立的功率器件，例如：双极或MOSFET晶体管，SCR或带有偏置电阻的双向可控硅。

编辑：hfy