2022年锁存型霍尔效应开关集成电路基础知识 .pdf

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1、锁存型霍尔效应开关集成电路基础知识介绍 ：根据数字输出，霍尔效应集成器件可以分为四种：单极性开关双极性开关，全极性开关和锁存型开关。本文主要来阐述锁存型开关。锁存型霍尔效应传感器集成电路，通常是作为数字输出霍尔效应开关，锁存输出状态。锁存型与双极性相似，有一个正极的BOP和一个负极的 BRP ，但对开关状态转换的控制严格。锁存型工作时需要正负磁场都有。 一个正的南极磁场会使器件处于导通状态。器件打开之后，器件将锁存这个状态，即使把磁场移走，器件也一直保持打开，直到一个北极的负磁场的到来，才能使它关断。 当北极磁场使它关断之后，器件将锁存这个状态，即使把磁场移走，器件也将一直保持关断，直到下一个

2、南极正磁场的到来，器件才能再次打开。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页图 1 两个锁存型器件与环形磁铁的应用。环形磁铁转动时，经过霍尔器件南北磁场转换，使器件打开或者关闭。图 1 为器件应用于检测旋转轴的位置，将多个磁铁组成一个简单的结构，采用磁场极性交替“环形磁铁” 封装好的 IC与每个相邻的环形磁铁构成霍尔双极性开关器件。轴旋转时，磁场区向霍尔元件移动。 器件是受到最近的磁场影响，当与南极磁场相对时，打开，当与北极磁场相对时，关闭。注意器件的打字面面向磁铁。磁场开关点的定义： B 为磁场强度，用来表示霍尔器件的开

3、关点，单位是GS （高斯），或者T（特斯拉），转换关系是1GS=0.1mT 。 B 磁场强度有南极和北极之分，所以有必要记住它的代数关系，北极磁场为负数，南极磁场为正数。该关系可以比较南极北精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页极磁场的代数关系，磁场的相对强度是由B 的绝对值表示，符号表示极性。例如：一个-100GS（北极）磁场和一个100GS （南极）磁场的强度是相同的，但是极性相反。-100GS 的强度要高于 -50GS。? BOP 磁场工作点；使霍尔器件开关打开的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。? B

4、RP 磁场释放点；磁场减弱到使霍尔器件关断的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。? BHYS 磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间的这个差值来过滤掉在应用中可能由于机械振动或电磁噪声引起磁场的小的波动值。BHYS = | BOP - BRP |. 典型工作状态锁存型霍尔传感器的开关点是关于B=0 对称的，如图 2 所示。开关点磁场的大小相同，极性相反。例如，如果工作点是+85GS （一般认为是南极磁场），那么释放点就是-85GS（一般认为是北极磁场）。锁存最新的状态，防止开关受薄弱磁场的影响。一个锁存型器件，在南极磁场下打开，输出一个逻辑低电平（为输出管的饱和压降Vou

5、tsat ，一般小于200mV ），在北极磁场下关断，输出一个逻辑高电平（Vcc）。因为器件是锁存型的，所以在回差窗口BOP与 BRP之间，器件的开关状态是不会改变的。因为在开关状态改变之前，必须经过磁场必须经过0GS ，所以锁存型器件的回差窗口在比其他类型的霍尔器件要宽一些。器件在任何磁场下均可以上电，通过图 2 说明。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页初始在一个比BOP和 BRP都要小的磁场下，器件关断，输出逻辑高电平（Vcc），随后，向右边的箭头，磁场逐渐变为正，当磁场大于BOP时，器件打开，输出状态翻转为低电

6、平。如果磁场一直大于BRP ，那么即使磁场小于BOP ，在 BHYS 区，器件也将一直保持打开，输出状态不变。接着，箭头又回到左边，磁场强度又正变负，磁场强度降低到BRP以下时，器件将关断，输出回到初始状态。图 2。锁存型开关的输出特性。大于BOP ，小于 BRP 的磁场影响开关点切换，其他弱磁场不影响开关状态磁铁一个磁铁可以提供两个相反的磁极，然而，用环形或者带状的磁铁更符合成本效益。环形和带状磁铁可以指定间距的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页使磁极交替变换。一个环形磁铁是环型或圆盘状（见图1）径向或轴向磁极交替

7、变化。带状磁铁是一个磁极交替变换的带状结构。环形磁铁中包含了陶瓷， 稀土材料， 柔性材料。 带状磁铁总是利用柔性材料，如丁腈橡胶粘合剂含有钡铁，或更高级的能源稀土材料。环形磁铁有许多的磁极，一般用（磁极/ 英寸）来定义。一个4 极环形磁铁包含两个南极两个北极（N-S-N-S），一个 11 个磁极 / 英寸的条形磁铁在每间隔0.0909 英寸就有一个磁极交换。极间距离可以从磁铁制造商那里得到。上拉电阻上拉电阻必须连接在电源和输出引脚之间( 见图 3)，上拉电阻的阻值一般是1-10k 。最小上拉电阻是传感器最大输出电流 （拉电流） 和电源的函数。 20mA是一个最大输出电流的典型值，并在此情况下，

8、最低可拉VCC / 0.020 的负载。如果考虑消耗的电流，上拉电阻可以增大到50-100 k 。注意：如果上拉电阻过大，那么即使外部的磁场是磁关断状态，电路的输出也将是低电平。这并不是器件的问题，而是在与上拉电阻和传感器 IC 的输出引脚间发生的电流泄露。严重的话，会使大幅降低芯片的输出电压，使其失去逻辑功能。使用滤波电容参考图 3 中滤波电容的摆放位置，一般来说：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页?对没有斩波稳定的设计来说，建议在输出和接地之间以及电源和接地之间分别放置一个0.01 F 的电容。?对于斩波稳定设计

9、，必须在电源和地之间放置一个0.1 F 的电容，建议在输出和地面之间放置一个一个0.1 F 的电容。图 3 典型应用图上电状态在通电情况下，只有外部磁场大于BOP或者小于BRP的情况下，双极器件才能上电在一个有效的状态。如果磁场强度是在迟滞带， BOP和 BRP之间，器件保持最初的状态，然后经过一个开关点，达到第一个正确的状态。器件可以设计一个上电逻辑使器件在开关点到达之前，一直处于关闭状态。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页上电时间上电时间某种程度上取决于器件的设计，数字输出传感器 IC，如双极器件， 达到初始稳定

10、的上电时间如下：有斩波放大器设计的器件，上电时间25us，没有斩波放大器设计的器件4us。一般说来，在通电之后经历这段时间之前，器件的输出可能处于一个不正确的状态，但是，经过这段时间之后，器件的输出肯定处于一个正确的状态。功耗总功耗是两个因素的总和：?消耗在器件上的功率，不包括在输出端的功率耗散。这个值的大小是 Vcc 与电源电流Icc 的乘积。 电源电压和电源电流已经在数据表中被指定了。例如，Vcc=12V，Icc=9mA，功耗为 108 mW 。?消耗在输出管上的功率，它的大小是饱和导通电压Vonsat 与输出电流 Ion （由上拉电阻决定）的乘积。如果最坏情况下，Vonsat=0.4 ，Ion=20mA，功耗为 8 mW 。由于饱和导通电压的值比较小，所以在输出上的功耗比较小。在这个例子中消耗的总功率为116mW 。利用这个数字来降低数据表中的额定功率，检查最大允许工作温度是否应该降低。涉及的应用领域?直流无刷电机换相?防夹天窗 / 车窗玻璃升降器电机换向精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页?速度传感器?旋转编码器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页