控制的吸引力：楼宇自动化中的磁传感

您可能听说过“异性相吸”这句话。这个普遍相关的短语源自磁力，在磁力中，相反的两极，北极 (N) 和南极 (S) 会相互吸引。您可能还记得小时候玩磁铁时的情形。但是，许多人并没有意识到在日常生活中的许多系统和产品中都使用了磁铁。

今天的建筑和家庭都配备了智能技术，以实现更安全、更方便、更节能的生活。Littelfuse是磁传感解决方案的全球领导者。其楼宇自动化解决方案可帮助设计人员创建物联网 (IoT) 设备，从而提高建筑物的安全性、可靠性、便利性和能源效率。传感器解决方案提供与篡改、位置、速度和温度以及其他变量相关的信息。下面将介绍与楼宇自动化应用相关的三种磁传感器技术：簧片、霍尔效应和隧道磁阻 (TMR)。

磁传感技术

三种领先的磁传感器方法包括干簧传感器、霍尔效应器件和 TMR 传感器。

芦苇

干簧传感器是封装在外壳内的干簧开关，用于简化安装/连接和针对环境影响的额外保护（图 1). 这些传感器通常安装在机械系统中。裸簧开关可以很容易地安装在电路板上。然而，对于门安全传感器等应用，干簧管需要一个保护壳/外壳以便处理和安装。这些封装通过保护簧片开关的裸露玻璃来抵抗机械应力。干簧传感器需要零功率才能运行。它们可以承载高达 100W 的负载，并提供各种尺寸的 NO、NC、CO。这些开关在 X、Y 和 Z 感测方向上工作，适用于超低功耗电池应用。它们可以切换功率级负载，具有最大的安装灵活性，并能在最宽的温度范围内稳定运行。

图 1：Littelfuse 簧片开关在 X、Y 和 Z 传感方向上工作，工作时消耗零功率，使其适用于超低功耗电池应用。（来源：贸泽电子）

霍尔效应

霍尔效应器件是一种基于半导体的集成电路，带有响应磁场的霍尔板（图 2）。霍尔效应技术使复杂的传感器能够用于各种汽车、电子和工业产品应用。霍尔效应设备提供用于接近和连续旋转或线性定位的数字或模拟输出信号。与簧片开关不同，霍尔效应设备包含有源固态电路，因此它始终消耗电流。这些设备提供数字、模拟和可编程配置，非常适合高冲击或高振动环境。它们对数十亿次操作都是可靠的，适用于角度位置感测和高速切换。

图 2：图像显示了霍尔效应设备的示例，即Littelfuse 55110法兰安装霍尔效应传感器。霍尔效应器件始终消耗电流，适用于角度位置感测和高速开关。（来源：贸泽电子）

隧道磁阻 (TMR)

隧道磁阻（TMR）元件是一种新型磁阻传感器。与当今可用的霍尔效应传感技术相比， TMR 传感器具有更好的线性度、更好的温度稳定性、更高的灵敏度和更低的功耗（图 3）。传感器是没有移动部件的固态设备。与霍尔效应一样，这些传感器有数字和模拟两种形式，并且需要非常少的功率来运行（甚至低于霍尔效应传感器所需的功率）。在所涵盖的三个磁传感器中，它们提供最高级别的灵敏度。它们非常适合高冲击和高振动环境，并提供高达数十亿次操作的可靠性。它们还需要操作所需的最微型磁铁。

图 3：与霍尔效应技术相比，Littelfuse TMR 开关系列具有更好的线性度、更好的温度稳定性、更高的灵敏度和更低的功耗。（来源：贸泽电子）

小设计审慎

高噪声环境可能需要过压 (OV) 保护。霍尔效应和 TMR 传感器都显示出对电磁干扰 (EMI) 和静电放电 (ESD) 的敏感性。靠近电机、发电机、电抗电路组件或长电缆线束 (>1m) 可能会造成损坏。提醒设计工程师考虑适当的设备保护措施，包括诸如用于高噪声的Littelfuse 瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管或用于低噪声情况的Littelfuse SD05 单/双向 TVS 二极管等选项。

表 1：磁感应应用示例

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应用	例子	最佳技术
位置：电池供电	门窗（打开/关闭）	干簧管：干簧管在关断状态下消耗零电流，非常适合超低功耗电池应用。霍尔有很大的电流消耗。
位置：非电池供电	电器门（打开/关闭）、盖子检测	簧片：与霍尔或 TMR 相比，簧片具有最大的安装灵活性，因为它是全极的，并且能够使用一个组件在 x、y 和 z 方向上进行感应。簧片是两线制器件；而Hall和TMR是三线的。如果您的传感器线束有很长的引线，那么使用额外的电线会增加很高的成本。
流量：连续	即热式热水器的入口	霍尔和 TMR：霍尔和 TMR 在更小的封装中具有更快的开关能力，没有磨损机制。
计数：旋转	煤气表或水表	簧片：安装灵活性和零功耗使簧片具有优势。TMR 也可以考虑使用它的超长寿命和低功耗。
计数：>500Hz	齿轮转速	霍尔和 TMR：霍尔和 TMR 可以切换高达 15kHz，非常适合高速计数。
液位感应：单点	洗衣机洗涤剂水平	簧片：与霍尔或 TMR 相比，簧片具有最大的安装灵活性。干簧管是两线制器件，而霍尔和TMR是三线制的。如果您的传感器线束有很长的引线，那么使用额外的电线会增加很高的成本。
中继	自动化测试设备（ATE）	继电器：由于将它们缠绕在线圈中的空间问题，霍尔和 TMR 未用于继电器应用。

建筑计量和安全应用

干簧传感器在防篡改应用方面具有明显的优势。干簧传感器不耗电，因此可延长系统电池寿命并提供 3D 防篡改保护。在计米方面，里德目前处于领先地位；但是，在电池寿命不那么重要的某些情况下，TMR 可能有意义。Reed 拥有超过 1 亿个单元的可靠记录（并且还在增加）。Reed 是室内安全应用的直接赢家。更换为干簧传感器可以在电池寿命方面收回成本，而且无需拨打服务电话。

结论

今天的建筑和家庭都配备了智能技术，以实现更安全、更方便、更节能的生活。Littelfuse 磁性传感器是楼宇自动化控制的极具吸引力的选择。

审核编辑黄昊宇