最新线性霍尔效应传感器IC

线性霍尔效应传感器IC

线性传感器芯片 - 特点和优点

线性传感器拥有很宽的磁场工作范围，关键性指标是在其规定的工作温度范围的灵敏度和线性度。线性霍尔器件几乎不受环境因素的影响，例如振动，潮湿，灰尘或油膜，环境照明等。

一些应用领域

•电流传感

•电源感应（电能计量）

•磁（偏）传感应用

•黑色金属探测器

•接近传感器

•液体位置传感器

•温度/压力/真空感应器

•油门或空气阀门位置传感器

•非接触式电位器

比值定义

大多数的线性霍尔器件是有具体比例的，静态时候的输出电压（典型值是二分之一的电源电压），灵敏度与电源电压成正比。例如，一个霍尔器件的电源电压为5V，在没有外加磁场的情况下，器件的静态输出为2.5V，并且以1.5mV/GS的比率变化。如果电源电压变为5.5V，静态输出变为2.75V，并且以1.75mV/GS的比率变化。

线性器件特性

早期的线性比例式装置的

使用单校准线性霍尔元件

电流感应

线性霍尔效应器件对电流检测来说是理想的，可以精确的测量由几毫安到几千安培的电流值。

电流通过导体将产生一个大约每6.9GS/mA的自由空间磁场。因为一个霍尔器件的测量范围是有限的，所以，需要配置检测电路使被测量的电流强度范围是在器件允许的范围内。

大电流测量

对于大电流的产品来说，线性霍尔能够在不使用加强外部电场和不加磁环和线圈的情况下，通过感应总磁场产生的一个分信号，来提供一个可用的输出。对于低电流的产品，需要外加一个环形线圈来增加可检测磁场的范围。理想情况下，考虑了信号与噪声的比例问题，磁场强度要在100GS以上。在芯片表面的磁通量密度可以计算为：

B ≈ I/4πr

或者 I ≈ 4πrB

B：磁场强度，单位：高斯；

I：电流强度，单位：安培

r：由导线的中心到器件芯片的距离，单位：英寸

例1：导线的半径0.25英寸，加上0.1英寸空气间隙，2000安培的电流。B≈2000/4.40≈445G。

例2：导线的半径0.15英寸，加上0.1英寸空气间隙，300安培的电流。B≈300/3.14≈95G。

请注意，霍尔元件对于经过它的垂直磁场是最敏感的，与器件成某一角度的磁感线，将在余弦方向上降低霍尔电压的值，在90度位置的磁感线产生的有效磁场为0。

使用线圈提高灵敏度

磁通密度可随线圈的使用变大，由器件到线圈到空气的距离共为0.06英寸，增加的磁场强度可以由下列公式计算：

B ≈ 6.9nI

或者 n ≈ B/6.9I n：线圈匝数

例如，在12安培的电流下，要显示400高斯：n≈400/83=5圈。

使用磁环使灵敏度最大化

对于一个低于120A的精确的电流测量来说，使用与通电导体一起穿过空间定位装置的磁环，是最佳的方式。磁环将加强通过磁敏器件的磁场。由于与内部噪声有关的固定器件和放大器的原因，1高斯以下的磁场是很难被测量的。为了测量低电流，被测产品应该使用磁环。磁环圈数n ≈ B/6.9I

与永磁材料一起使用的线性霍尔器件的应用

在许多应用中，线性设备与永久磁铁一起使用。下面是几种磁铁的配置。为了最大限度地提高线性度，电场强度的变化与所需的位移的比值必须要是理想的。对磁铁和传感器件的合适选择，能够节省巨大的成本，一般来说，高品质，高场强磁体要用于最线性的传感应用。

头传感器（单极磁铁）

虽然简单，但是一个单极磁铁产生一个与空气间隙成非线性的模拟输出磁场。在空气间隙很小的时候，在某些应用领域，可以认为，空气间隙与输出电压成线性比例。空气间隙很大的时候，认为输出有一个明显的非线性特征。线性器件将精确的追踪南极或者北极磁场。

特点：

•器件的输出和跟踪磁场•简单的机械配置

相对距离（总有效气隙）

滑动传感器（单极磁铁）

滑动传感器是一种可以获得与滑动成比例的线性输出电压的简单方式。把器件放到磁场的零场位置，南极和北极磁场的相应输

出便可以产生了。输出的中心的线性度很好，可以应用于电位器，空气阀，油门位置等类型的领域。

特点：

•线性度好的输出定位在一个相对距离较小的范围内

•磁场与输出电压的曲线斜率很大

•相对距离磁通量的变化很大

•输出电压接近0至Vcc。

相对距离

相对距离

推拉方式

器件在两个相反的磁极之间运动，互补的磁场可以使输出曲线更加的线性，更加的陡峭倾斜。输出电压可以通过磁极的改变在0到附近的轨电压之间变化。

特点：

•磁场与输出电压的曲线斜率更加陡峭倾斜

•输出数值随磁铁极性方向变化，数值接近0至Vcc，不能够进行精确定位。

相对距离

推推方式

器件位于两个相同的磁极之间运动，两个相对的同磁场可以产生一个非常线性的，中等斜度的输出曲线。

特点：

•陡峭的磁场与输出电压曲线

•输出接近0至Vcc，不能够进行准确的定位

相对距离

复合磁体

复合磁体可用于产生专门的产出，包括正弦波型的输出。磁偏线性传感器

线性器件可用于检测黑色金属是否存在。这需要在器件上绑定一个偏置磁铁。虽然专门的齿轮检测可能需要更适合他们应用的设计，但是这个技术是可以用于齿轮检测的。

优化线性输出

让线性器件与几种常见的电路结合使用，以此来优化专业应用的输出。

A / D转换接口

线性器件可以为模数转换器提供输入信号。线性器件由A/D 转换器的参考电压提供电压，可以追踪A/D转换器的LSB（最低有效位）的变化。随着参考电压的变化，LSB会有不同的比例。

查找表

如果数字输出是提供给微处理器，那么该器件的输出可以参考查找表，来校正任何的非线性。

比较器

虽然具有斩波稳定结构的霍尔效应开关可能更适合这些应用，但是比较器可以提供一个触发点从而将线性器件转换成一个可调节的数字开关。

运算放大器

运算放大器可用于提高器件的的输出值，并提供可调整的偏移。