Lineární Hall-Effect Sensor - pracovní a aplikační obvod

Lineární integrované obvody s Hallovým efektem jsou magnetická senzorová zařízení navržená tak, aby reagovala na magnetická pole a produkovala úměrné množství elektrického výstupu.

Stává se tak užitečným pro měření síly magnetických polí a v aplikacích, které vyžadují výstup přepínaný magnetickými spouštěči.

Moderní integrované obvody s Hallovým efektem jsou navrženy tak, aby odolávaly většině mechanicky namáhaných podmínek, jako jsou vibrace, trhnutí, otřesy, a také proti vlhkosti a jiným znečištěním ovzduší.

Tato zařízení jsou také imunní vůči změnám okolní teploty, které by jinak mohly tyto komponenty vystavit teplu a způsobit nesprávné výsledky výstupu.

Typicky mohou moderní lineární integrované obvody s Hallovým efektem pracovat optimálně v teplotním rozsahu -40 až +150 stupňů Celsia.

Základní schéma vývodů

Poměrně specifikovaná funkce

Mnoho standardních lineárních integrovaných obvodů s Hallovým efektem, jako jsou řady A3515 / 16 od společnosti Allegro nebo DRV5055 od ti.com, je přirozeně „poměrové“, přičemž klidové výstupní napětí a citlivost zařízení se liší podle napájecího napětí a teploty okolí.

Klidové napětí může být obvykle poloviční než napájecí napětí. Jako příklad považujeme-li napájecí napětí do zařízení 5 V, při nepřítomnosti magnetického pole by jeho klidový výstup byl normálně 2,5 V a pohyboval by se rychlostí 5 mV na Gauss.

V případě, že by se napájecí napětí mělo zvýšit na 5,5 V, klidové napětí by také odpovídalo 2,75 V, přičemž citlivost dosáhla 5,5 mV / gauss.

Co je Dynamic Offset

Lineární integrované obvody s Hallovým efektem, jako je A3515 / 16 BiCMOS, obsahují proprietární systém dynamického potlačení ofsetu pomocí zabudovaného vysokofrekvenčního pulzu, takže je odpovídajícím způsobem řízeno zbytkové ofsetové napětí materiálu Hall.

Zbytkový offset by mohl běžně vzniknout v důsledku přetvarování zařízení, teplotních rozdílů nebo v důsledku jiných příslušných stresových situací.

Výše uvedená funkce poskytuje těmto lineárním zařízením výrazně stabilní klidové výstupní napětí, dobře imunní vůči všem typům vnějších negativních dopadů na zařízení.

Použití IC s lineárním Hallovým efektem

Hallův efekt IC lze připojit pomocí daných zapojení, kde napájecí piny musí jít na příslušné svorky stejnosměrného napětí (regulované). Výstupní svorky lze připojit k příslušně kalibrovanému voltmetru s citlivostí odpovídající Hallovu výstupu rozsah.

Doporučuje se připojit obtokový kondenzátor 0,1 uF přímo přes napájecí kolíky integrovaných obvodů, aby bylo zařízení chráněno před externě indukovaným elektrickým šumem nebo bludnými frekvencemi.

Po zapnutí může zařízení vyžadovat několik minut stabilizační periody, během níž nesmí být provozováno s magnetickým polem.

Jakmile je zařízení vnitřně teplotně stabilizováno, může být vystaveno vlivu vnějšího magnetického pole.

Voltmetr by měl okamžitě zaregistrovat průhyb odpovídající síle magnetického pole.

Identifikace hustoty toku

Pro identifikaci hustoty toku magnetického pole může být vyneseno výstupní napětí zařízení a umístěno nad osou Y kalibrační křivky, průsečík výstupní úrovně s kalibrační křivkou by potvrdil odpovídající hustotu toku na ose X křivka.

Oblasti použití lineárního Hallova efektu

1. Zařízení s lineárním Hallovým efektem mohou mít různé oblasti použití, několik z nich je uvedeno níže:
2. Bezkontaktní měřiče proudu pro snímání proudu externě procházejícího vodičem.
3. Měřič snímání výkonu, shodný s výše uvedeným (měření watthodin) Detekce aktuálního vypínacího bodu, kde je integrován externí obvod s fází snímání proudu pro monitorování a vypínání specifikovaného nad proudový limit.
4. Tenzometry, kde je faktor deformace magneticky spojen s Hallovým senzorem pro zajištění zamýšlených výstupů.
5. Předpjaté (magneticky) snímací aplikace Detektory železných kovů, kde je zařízení s Hallovým efektem nakonfigurováno tak, aby detekovalo železný materiál pomocí detekce relativní magnetické indukční síly Proximity sensing, stejně jako výše uvedená aplikace, blízkost je snímána aproximací relativní magnetické síly přes Hall přístroj.
6. Joy-stick se snímáním mezipolohy Snímání hladiny kapaliny, další relevantní snímací aplikace Hallova zařízení. Další podobné aplikace, které zahrnují intenzitu magnetického pole jako hlavní médium spolu se zařízením s Hallovým efektem, jsou: Snímání teploty / tlaku / vakua (se sestavou vlnovce) Snímání polohy škrticí klapky nebo vzduchového ventilu Bezkontaktní potenciometry.

Schéma zapojení s využitím snímače Hallova jevu

Senzor Hallova jevu vysvětlený výše lze rychle konfigurovat pomocí několika externích částí pro převod magnetického pole na elektrické přepínací pulsy pro řízení zátěže. Jednoduché schéma zapojení je vidět níže:

V této konfiguraci snímač Hallova jevu převede magnetické pole ve stanovené vzdálenosti a převede jej na lineární analogový signál přes svůj „ven“ kolík.

Tento analogový signál lze snadno použít k řízení zátěže nebo k napájení libovolného spínacího obvodu.

Jak zvýšit citlivost

Citlivost výše uvedeného základního obvodu s Hallovým efektem lze zvýšit přidáním dalšího tranzistoru PNP se stávajícím NPN, jak je uvedeno níže:

.