由Monica Thomas和Michael Googue，Allegro雷竞技竞猜下载 Microsystems，LLC，伍斯特，MA。美国
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With the extensive variety of solutions available for position, speed, and current sensing applications, designers can select optimal technologies and packages to achieve their commercial and engineering goals. There always remain the same critical elements that must be considered, such as cost, distance of travel, resolution, accuracy, reliability, and durability, that inevitably bring together the requirements of the application with the appropriate sensing technology. Of the possible solutions, Hall-effect technology, with its contactless magnetic sensing, provides exceptional value.
图1。霍尔效应是指当外加电流受到垂直磁场的影响时，可测量的电压。
As technology improves, Hall-effect sensor ICs are finding their way into many modern household appliances. The Hall effect refers to the measurable voltage that appears across a conductive material, for example silicon (Si), when an electric current flowing through the conductor is influenced by a magnetic field (see figure 1). Under these conditions a transverse voltage is generated perpendicular to the applied current due to the balancing of the Lorentz and Electromagnetic forces.
Hall-effect sensor ICs have many advantages over traditional mechanical and reed devices. The contactless implementation of Hall sensor ICs improves reliability and durability by virtually eliminating mechanical wear and fatigue. These devices also have the ability to sense magnetic fields that are physically obstructed by nonferrous materials. The small, lightweight package sizes reduce implementation space and mechanical complexity. Many sensor ICs are user programmable to meet custom operational and accuracy requirements.
有几种不同类型的霍尔效应器件适合各种应用：开关、线性器、速度/方向集成电路和电流传感器集成电路等等。雷竞技最新网址
开关根据磁操作（B）产生数字输出操作) and release (BRP)特定设备的点。线性器产生与外加磁场成正比的模拟或脉宽调制（PWM）输出。
在开关和线性应用中，有几种可能的磁铁配置用雷竞技最新网址于驱动装置。例如，“正面”操作模式是指将磁铁垂直于霍尔器件的活动面移动，如图2所示。
图2.头部大厅致动。Teagg是总有效的气隙。
或者，“滑动”操作模式是指将磁铁平行于霍尔器件的活动面移动（见图3）。滑动法由于其较小的磁铁行程，通常比正面法具有更好的传感精度。磁极之间的大磁斜率使得获得非常精确的开关点位置成为可能。然而，滑动法也需要使用强磁铁和小的总有效气隙（TEAG）。
图3。驱动滑动。TEAG是总有效气隙。
另一种驱动霍尔器件的方法称为叶片式断续器开关。叶片是一种铁磁性材料，具有独特的切口结构。叶片可以是线性或旋转运动的自定义形状。随着叶片断续器开关，磁铁和霍尔装置安装在一个固定的位置，使霍尔装置被迫进入“开启”状态激活磁铁。当叶片的铁质材料通过霍尔装置和激活磁铁之间时，叶片形成磁分流器以将磁场从霍尔装置转移开。叶片断续器技术经常用于需要精确切换的地方（见图4）。
图4。叶片断续器开关霍尔驱动。
叶片式灭弧室开关的一种变化是使用专门的后偏置霍尔效应器件（见图5）。反向偏置装置可用于接近开关或齿轮齿速度和角度传感。有了这些设备，一个稀土颗粒和霍尔传感器集成到一个单一的封装中，减少了放置和校准问题。反向偏置传感器IC通常处于“关闭”状态。当铁质材料通过封装前面时，磁场通过霍尔器件的活动面，激活IC。
图5。齿轮齿霍尔驱动。
霍尔效应的另一个使用是感测通过电线或导线的电流。对于高达20A的小电流，霍尔模具和初级电流路径可以在标准占地面积SOIC-8表面安装封装中封装在一起（参见图6）。倒装芯片技术的使用导致霍尔元件的主动面与由待感测电流产生的场之间的优化磁耦合。该包装技术消除了对磁通集中器的需求。用于电流检测的铜路径的内阻通常为1.5MΩ，用于低功率损耗。
图6。SOIC-8封装的霍尔电流传感器。
对于高达200 A的较大电流，必须增加铜导线的尺寸，以考虑材料内的电流密度。由于这种较厚的导体和线性霍尔元件之间存在磁耦合，因此必须使用磁通集中器（见图7）。典型的一次导体电阻可低至100μΩ。
图7。用于大电流（>200A）应用的电流传感器IC装置。雷竞技最新网址
霍尔效应装置具有与其他电流检测技术的主要优点，因为电流检测路径与低电压信号输入/输出完全电隔离。
大厅已经repla技术cing conventional sensing techniques in many applications, including door switches, knob position, drum speed, water level measurement, and motor control. The selection of the appropriate Hall device depends on the level of accuracy and control required. This paper provides a sampling of how Hall technology can be utilized in modern household appliance applications.
霍尔传感器IC提供了一种非接触式解决方案，用于确定设备的旋钮位置。有几种方法可用于确定旋钮位置。例如，如果应用程序需要有限的离散旋钮位置，则可以使用A1120或A321x等简单开关。应用程序中的每个开关代表旋钮周围的一个不同位置标记。当一个附在旋转手柄上的磁铁停在其中一个固定开关的上方时，简单的电子逻辑可以破译所选的电平。
对于更高精度的应用，线性设备可以与微处理雷竞技最新网址器结合使用。当旋钮转动时，线性装置根据霍尔元件的磁场衰减提供旋钮的绝对模拟位置，同时微处理器中的查找表解释磁铁的位置。适当的线性装置取决于应用中所需的精度。可能包括A132x或可编程A138x。
开关和旋钮位置的线性实现的不同输出电压响应如图8所示。
图8。霍尔开关对旋钮位置的线性响应。
开关和线性也可用于监测流体水平，例如洗衣机或洗碗机。用于流体水平测量的易于技术是使用多个霍尔开关与悬浮在浮子中的磁铁配合使用。随着浮子在管内升起时，它触发了位于管壳外部的离散开关，以数字方式指示水位（见图9）。A1120将是此应用的适当交换机。
图9. Fluid level sensing technique using magnetic float and switch.
霍尔技术也可用于修改，而不是更换传统的流体水平测量技术。例如，目前用于确定滚筒何时充分的一种方法是扩展推动机械开关的塑性隔膜。机械开关组件的替代方案将植入磁铁进入隔膜，并将霍尔开关悬挂在其上方的正面配置中（见图10）。代替使用开关，可以通过使用线性来实现更高分辨率的测量。线性溶液将确定罐中的绝对水位，而不是仅当罐充满时表示。根据所需的精度，表面安装线性，例如A132x或可编程A138x是合适的。与基于机械凸轮的开雷竞技最新网址关相比，霍尔在这些应用中，大厅具有可靠性，耐用性，简单性，尺寸和重量的优点。
图10。液位传感技术采用充气膜片实现。
霍尔传感器IC适用于各种滚筒旋转感测需求，如速度、方向和断带检测。
一个简单的旋转指示器可以通过将磁铁连接到纺纱滚筒并使用固定的霍尔开关来构造。每次滚筒完全旋转时，开关都会发出一个数字脉冲。这个信号可以用来简单地指示转鼓是否在旋转，也可以被微处理器用来计算速度。如果需要更高的转鼓位置精度，可以使用差分霍尔设计（如A3425）和齿轮配置（如图5所示）来感测转鼓的角位置。更复杂的后偏置霍尔配置，如A3423，能够提供滚筒速度信息和方向检测。
In addition to sensing the position, speed and direction of a rotating drum, broken belt faults are also useful to detect. For example, if the heating element in a dryer fails to turn off when the dryer belt breaks, the lack of rotation can cause the clothing to catch on fire. Figure 11 shows a possible broken belt detection circuit that works using a magnet attached to a spinning drum and a stationary Hall switch. In this circuit, the central node charges at a rate determined by the R1C1 pair. When a magnet passes by the Hall switch, the IC VOUT signal undergoes a high-low-high transition. The rising edge of the VOUT signal temporarily turns on transistor Q1, discharging the central node. A broken belt will stop the drum from rotating, preventing the rising edge transition from occurring. This allows the central node to charge freely. When the central node reaches a voltage that turns on the Darlington pair, the circuit output switches to a digital low signal, indicating a broken belt fault.
图11。断带检测电路采用简单的霍尔开关。
霍尔效应电流传感器IC是一种强大而简单的监控控制和保护的电机电流手段。电机电流消耗与电动机施加的扭矩成比例。因此，控制电动机的速度和施加力的典型方法是将其电流消耗测量馈送到微处理器中。然后，微处理器可以计算必须施加更多或更少的电流以达到所需的速度。霍尔效应电流传感器IC可以直接与电机（或任何感应负载）串联放置，因为它们具有非常低的电阻铜引线框架。
传统的感应电机电流的方法是将分流器置于电机控制总成的接地开关中。用这种方法，只有一半的电机电流可以监测，这降低了准确性和增加了I2R损失。霍尔效应电流传感器集成电路的输入电源与电流路径完全隔离，允许高精度和低功耗测量。Allegro的ACS712采用SOIC-8封装，用于小额定电流，ACS75x采用CB封装，用于更大的电流感应需求。
As society continues to develop its understanding of environmental issues, the demand for low energy appliances grows stronger. The requirements of the US federal government’s Energy Star program are becoming more and more stringent each year. Allegro MicroSystems is the first to offer micro-power Hall switches and linears to help manufacturers minimize their appliance energy consumption.
321倍的交换机系列采用独特的时钟方案和2.75 V标称工作电压，实现典型的15μW功耗。139倍的线性霍尔设备具有3 V标称工作电压，在活动模式下具有10 MW的功耗。139x器件还具有睡眠引脚，允许微控制器禁用该设备，将功耗降低到标称75μW（参见图12）。另外，当139x器件处于睡眠模式时，设备的输出转换为高阻抗状态。因此，只要使用轮询方案用于在任何时间点监测单个A139x器件的输出，可以连接多个139x线性霍尔传感器IC。
图12. diagram of the 3 V, A139x micro-power linear with sleep pin input.
本文所描雷竞技最新网址述的应用只是霍尔技术如何比传统实现技术提高现代设备性能和可靠性的几个例子。表1总结了其他霍尔应用。可以使用Allegro选择指南.
表1：霍尔效应设备的现代设备应用雷竞技最新网址
器具
应用
霍尔器件类型选项
洗衣机
Lid/door open/closed
开关
Motor current
Linear; integrated current sensor IC
滚筒速度/方向
轮齿；接近；开关
失衡
线性；开关
水位
循环控制盘
流量计
闩锁;双极交换机; linear
烘干机
滚筒速度
断裂的皮带
开关;集成电流传感器IC
烤箱
门烤箱灯
自洁门锁/联锁
Refrigerator
制冰机已满
插销；开关
门灯
货架位置
Dishwasher
门打开/关闭
喷雾器运动
开关；线性
闩锁;双极交换机
吸尘器
VR电机换向
开/关
速度控制
自动售货机
原位
脉冲数/编码器
闩锁;bipolar switch
选择开关
车库开门器
结束停止位置
搅拌机
水软化剂
阀门位置
插销；开关; linear
G. Pepka。“基于霍尔效应传感技术的位置和电平传感."Allegro MicroSystems technical paper.传感器综述日志SR27-1，2007年2月。
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本文所述产品根据以下一项或多项美国专利制造：5619137；5621319；6781359；7075287；7166807；7265531；7425821；或其他正在申请的专利。
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