第八章霍尔传感器S资料讲解

线性型三端 霍尔集成电路
2020/10/15
8
线性型霍尔特性
右图示出了具有双 端差动输出特性的线性 霍尔器件的输出特性曲 线。当磁场为零时，它 的输出电压等于零；当 感受的磁场为正向（磁 钢的S极对准霍尔器件 的正面）时， 输出为 正；磁场反向时，输出 为负。
2020/10/15
请画出线性范围
9
开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
汽车电子点火装置使用的 点火控制器、霍尔传感器及点火总成
磁铁
点火总成
2020/10/15
28
霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换 向器和电刷，而采用霍尔元件来 检测转子和定子之间的相对位置， 其输出信号经放大、整形后触发 普通直流电动机使用 电子线路，从而控制电枢电流的 的电刷和换向器 换向，维持电动机的正常运转。 由于无刷电动机不产生电火花及 电刷磨损等问题，所以它在录像 机、CD唱机、光驱等家用电器中 得到越来越广泛的应用。
被测电流的 70.9A 导线未放入 铁心时示值 为零
2020/10/15
直流200A量程
42
霍霍尔尔钳钳形形 70.9A 电电流流表表演演示示
2020/10/15
钳形表的环形铁 心可以张开， 导线由此穿过
43
霍尔钳形电流表的使用
被测电流的导线从此处穿入 钳形表的环形铁心
手指按下此处，将钳形表的 铁心张开
a c
d b
磁感应强度B为零时的情况
2020/10/15
2
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
2020/10/15
3
磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法 线成某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效
2020/10/15
35
霍尔式接近开关用于
转速测量演示
n= 60 f
4
(r/min)
T
软铁分流翼片
2020/10/15
开关型霍尔IC
36
将被测电流的 导线穿过霍尔电流 传感器的检测孔。 当有电流通过导线 时，在导线周围将 产生磁场，磁力线 集中在铁心内，并 在铁心的缺口处穿 过霍尔元件，从而 产生与电流成正比 的霍尔电压。
第八章 霍尔传感器
本章主要学习霍尔传感器 的工作原理、霍尔集成电路的特 性及其在检测技术中的应用，还 涉及磁场测量技术。
霍尔元件是 一种四端元件
2020/10/15
1
第一节 霍尔元件的结构及工作原理
半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向 垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。
铁心的 杠杆压舌
2020/10/15
铁心的 开合缝隙
46
作业 p135：2、3、5、6
2020/10/15
47
出去活动一下
2020/10/15
48
2020/10/15
31
电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
2020/10/15
去速度 控制器
32
光驱用的无刷电动机内部结构
2020/10/15
33
霍尔式接近开关
当磁铁的有效磁极接 近、并达到动作距离时， 霍尔式接近开关动作。霍 尔接近开关一般还配一块 钕铁硼磁铁。
2020/10/15
16
第三节 霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三个变 量的函数，即 EH=KHIBcos 。利用这
个关系可以使其中两个量不变，将第 三个量作为变量，或者固定其中一个 量，其余两个量都作为变量。这使得 霍尔传感器有许多用途。
2020/10/15
17
霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔元件
2020/10/15
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集
成电路之间的安装关系
c）叶片位置与点火正时的关系
1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁
5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
2020/10/15
26
霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平， 晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通
磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分
量，即Bcos，这时的霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正 比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改 变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同 频率的交变电势。
2020/10/15
5
霍尔元件的主要外特性参数
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
2020/10/15
7
第二节 霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
放大、整形后可以确定被测物的转速。
n 60
f
22
线性霍尔
NS
磁铁
2020/10/15
21
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔 元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形 后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔 元件时，输出为低电平。
2020/10/15
22
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置 （ABS）中的应用
回差越 大，抗振动 干扰能力就 越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉 时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多
少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相 当于多少高斯（Gs）？
2020/10/15
14
作业 p135：2、3、5、6
2020/10/15
15
出去活动一下
2020/10/15
霍尔电流传感器
2020/10/15
37
所实现的多媒体界面：
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=KH IB
2020/10/15
38
其他霍尔 电流传感器
2020/10/15
39
其他霍尔电流 传感器（续）
2020/10/15
40
霍尔钳形电流表（交直流两用）
豁口
压舌
2020/10/15
41
霍尔钳形电流表演示
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。 用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助 于控制刹车力的大小。
2020/10/15
23
霍尔转速表的其他安装方法
霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔 电势的变化，产生转速信号。
18
霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
霍尔元件
磁铁
2020/10/15
19
霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
2020/10/15
20
霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机
械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统
靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而
周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、
2020/10/15
10
开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
施密特 触发电路
OC门
双端输入、
.单端输出运放
2020/10/15
11
开关型霍尔集成电路 （OC门输出）的接线
请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.
2020/10/15
12
开关型霍尔集成电路 与继电器的接线
?
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
最大磁感应强度BM
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少
2020/10/15 高斯至正的多少高斯？
6
霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大， 故在应用中总希望选用较大的激励电流。但 激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件 的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大， 因此每种型号的元件均规定了相应的最大激 励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。
2020/10/15
24
霍尔式无触点汽车电子点火装置
汽车点火线圈
高压输出 12V低压电源
接头
输入接头
采用霍尔式无 触点电子点火装置 能较好地克服汽车 合金触点点火时间 不准确、触点易烧 坏、高速时动力不
足等缺点。
2020/10/15
25
霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理
采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点 火时间准确、高速时动力足。
34
霍尔式接近开关
用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能
用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭
合磁场。
在右图中，当磁 铁随运动部件移动到距 霍尔接近开关几毫米时， 霍尔IC的输出由高电平 变为低电平，经驱动电 路使继电器吸合或释放， 控制运动部件停止移动 （否则将撞坏霍尔IC） 起到限位的作用。
过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。
当叶片槽口
转到霍尔IC面前
时，霍尔IC输出
跳变为高电平，
经反相变为低电
平，达林顿管截
止，切断点火线
圈的低压侧电流。
由于没有续流元
件，所以存储在
点火线圈铁心中
汽车电子点火电路及波形
的磁场能量在高 压侧感应出
a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
302~05200/1k0V/15的高电压。14——点点火火开线关圈铁2心—达5—林点顿火晶线体圈管高功压率侧开关6—3—分点火火头线7圈—低火压花侧塞27
2020/10/15
29
无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电 电池组
2020/10/15
30
无刷电动机在电动自行车上的应用
无刷直流电动机 的外转子采用高性能 钕铁硼稀土永磁材料； 三个霍尔位置传感器 产生六个状态编码信 号，控制逆变桥各功 率管通断，使三相内 定子线圈与外转子之 间产生连续转矩，具 有效率高、无火花、 可靠性强等特点。
Fra Baidu bibliotek
将被测电流导线逐根夹 到钳形表的环形铁心中
将空调电源的“三芯护套线”
夹到钳形表的环形铁心中，钳 形表的示值为多少？为什么？
2020/10/15
44
霍尔钳形电流表的使用（续）
叉形钳形表 漏磁稍大， 但使用方便
2020/10/15
用钳形表测量 电动机的相电流
45
霍尔式电流 谐波分析仪
被测电流的 谐波频谱