3D霍尔传感瞄准工业自动化与汽车应用

电子发烧友网报道（文/李宁远）从霍尔开关，速度霍尔，电流霍尔，到线性/角度霍尔，各类霍尔传感应用以霍尔效应为基础，将被测非电量参数转化为电量参数，灵敏性足够的同时稳定性也很可靠。

现在霍尔传感器已经由传统的单个霍尔元件阶段发展到集成电路阶段，广泛应用于汽车工业、自动化、信息处理等各个领域。工业自动化领域随着工业4.0进程的不断发展演变，市场越来越需要传统制造和工业设备具有更高的自动化水平。

为确保系统级精度和可靠性，很多此类应用需要进行准确的绝对位置测量。在为应用选择正确的位置测量技术时，需要考虑多个因素，特别是测量精度、物体速度、功率要求、校准需求、支持各种配置的灵活性以及可靠性。3D霍尔正是在此背景下诞生的。

从传统霍尔到3D霍尔

目前绝大多数应用里使用的霍尔传感器，只对某一方向上的磁场敏感，单轴传感在多向的磁场中，难以获取准确的信息。与单轴传感器不同，3D霍尔传感器可以使用来自所有方向的磁场数据来计算角度和幅度。

3D霍尔可以检测X，Y和Z轴的磁场，对任何方向放置的磁体都是敏感的。由此得来的绝对位置信息相比传统霍尔传感精度更高，结果更可靠。

在三维的实际场景中，3D霍尔传感器不论是放在磁场轴上还是与磁场共面，都可以通过距离和角度来确定具体的位置。尤其是共面的测量方案，可以在旋转轴磁场里实现超高精度的测量，很典型的例子是多轴机器人的多轴检测。

根据QYResearch最新发布的3D霍尔传感器行业分析报告，2022年全球3D霍尔传感器市场销售额达到了1亿美元，预计2029年将达到1.9亿美元，年复合增长率达到了8.5%。汽车、工业自动化、航空航天等需要精确测量磁场领域对于高精度传感的需求推动了3D霍尔传感器的发展。

3D霍尔带来了应用优势？

以最具代表性的对高精度传感有需求的机器人控制为例。不管是什么机器人运动控制，了解电机转轴位置都是关键。

对于机器人控制而言，可靠的位置反馈能实现一致的系统控制，降低位置失准带来的风险，同时如果位置反馈足够精准足够快速还能进一步改进功能的同步和时序控制实现更快的响应。

以往用标准的单个霍尔磁传感器件是测量一个维度的磁场，要有效测量360°全旋转的角度，需要使用两个分别呈90°的霍尔感应元件并进行函数转换。这是可以实现的，但是问题在于实现的过程非常复杂，如何放置如何对齐都会影响到最终的感测。

3D霍尔则只需要在封装上与磁体对齐即可，可以灵活地放置在磁体允许范围内的任何位置，方便实现简单紧凑的电机编码解决方案。而且3D霍尔可以提供多个磁场范围选项以应对不同的强磁场环境，保证可靠度。这些用高带宽进行测量的3D霍尔也提高了此反馈环路的整体速度。

汽车里的转向角位置检测、变速器位置检测、换档器位置检测、油门和制动踏板位置检测等应用场景对3D霍尔的需求也很大，而且还会要求3D霍尔提供稳定的杂散场补偿能力，保证对混合动力或电动汽车（xHEV）中的电机或电源线产生的干扰场不敏感。

还有一些使用传统霍尔就可以解决的应用，在替换为3D霍尔之后，可以使用多出来的未被使用的轴进行更多功能的探索，比如门锁的入侵检测、家用电器的磨损检测等等。

小结

越来越多的高度自动化系统，尤其是工业自动化和汽车领域，需要同步收集大量运动数据来辅助控制，具有更高精度、速度和能效的3D位置感应技术对于这些设备未来的升级至关重要。