Работа датчика холла


принцип работы, как проверить своими руками, применение

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ
  1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения

Применение цифровых датчиков

  • датчики частоты вращения
  • устройства синхронизации
  • датчики систем зажигания автомобилей
  • датчики положения
  • счетчики импульсов
  • датчики положения клапанов
  • блокировка дверей
  • измерители расхода
  • бесконтактные реле
  • детекторы приближения
  • датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики стали незаменимой частью жизни людей. Они делают ее проще. Датчики света, звука, движения управляют разными техническими системами. Ту же функцию – управление системами выполняют датчики на основе эффекта Холла (далее ДХ – датчик Холла). Далее будет рассмотрено устройство и особенности датчика Холла, разновидности контроллера, его применение, а также принцип работы.

Описание и применение

Контроллер, в основе которого лежит действие эффекта Холла, относится к датчикам магнитного типа. Они выдают электрический сигнал в зависимости от изменения магнитного поля вокруг них.

Эффект Холла состоит в появлении напряжения в проводнике при прохождении через него электрического тока. Электрический ток меняет магнитное поле, за ним меняется индукция этого поля, в итоге создается разность потенциалов.

Регистр Холла работает следующим образом:

  • вокруг него создается магнитное поле, активирующее контроллер;
  • при внесении в поле какого-либо объекта, оно выходит за первоначальные границы; датчик этот процесс фиксирует и генерирует напряжение, пропорциональное изменению.

Напряжение называется напряжением Холла.

На основе датчика Холла собирают контроллеры приближения, движения, переключатели и другие полезные в быту и промышленности устройства.

Виды, устройство и принцип действия

Всего выделяют два вида датчиков на основе эффекта Холла. Первые – цифровые, вторые – аналоговые. Они значительно отличаются друг от друга в плане конструкции и принципа функционирования.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два устойчивых положения: ноль или единица – то есть они срабатывают при определенной величине изменения магнитного поля. В основе таких датчиков лежит устройство под названием триггер Шмитта, которое имеет два устойчивых состояния: логический ноль и логическая единица.

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

  1. Униполярные.
  2. Биполярные.
  3. Омниполярные.

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

Контроллеры подобного вида работают только в том случае, если к ним прикладывается магнитное поле положительной полярности от южного полюса. Только при этом условии происходит срабатывание и отпускание контроллера.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Их особенность состоит в том, что срабатывают они под действием поля от южного полюса, а отпускаются под действием северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих контроллеров Холла состоит в том, что они могут включаться и выключаться под действием поля от любого полюса.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговые датчики способны выдавать на выходе не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное множество. Их принцип работы основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

Конструкция этих устройств содержит элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Применение

И аналоговые (линейные), и цифровые контроллеры нашли широкое применение во всех сферах жизни.

Линейные

Из-за большого количества уровней выходного напряжения такие контроллеры часто применяют в измерительной технике.

Датчик тока

Регистр тока на ДХ сделать очень просто. Необходимо установить лишь правильный преобразователь, который из напряжения, создаваемого в результате прохождения тока через проводник, будет получать ток. Ток с напряжением связаны законом Ома.

Тахометр

Тахометр измеряет частоту вращения чего-либо. Например, вала. Сделать такое устройство на ДХ очень просто. Достаточно установить датчик рядом с вращающимся объектом, а на сам объект повесить небольшой магнит.

Как только магнит будет проходить рядом с датчиком, индукция поля будет изменятся, как и величина напряжения на выходе соответственно.

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

На основе ДХ можно сконструировать простой регистр вибрации, который будет реагировать на изменение магнитного поля в результате микроперемещений магнита, создающего поле для проводника с током.

Детектор ферромагнетиков

Ферромагнетики – магнитоактивные вещества. Они искажают магнитное поле планеты. По величине этого искажения можно определить, насколько сильный тот или иной ферромагнетик.

Как измерить это искажение? Это можно сделать с помощью ДХ. Если внести в поле магнита, создающего напряжение в проводнике, магнитный материал (ферромагнетик), то поле изменит индукцию и это повлияет на создаваемую разность потенциалов.

Датчик угла поворота

ДХ способны измерять угол вращения какого-то либо объекта. Например, если на нем установлены магнит и контроллер Холла, то по величине индукции (близости магнита к датчику) можно определить угол вращения.

Потребуется лишь правильно определить зависимость между индукцией и углом. В этом поможет университетский курс физики и механики.

Бесконтактный потенциометр

Напряжение с током связаны по закону Ома через сопротивление. Зная ток через проводник и напряжение, не сложно рассчитать подключенное к проводнику сопротивление. Этот факт позволяет строить на ДХ бесконтактные потенциометры.

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Подобные контроллеры часто применяются в бесколлекторных двигателях в качестве измерителей угла поворота.

Датчик расхода

Датчик расхода на аналоговом ДХ устроен так, что объем пропущенного через этот датчик вещества пропорционален изменению магнитной индукции поля вокруг него.

Датчик положения

Чтобы собрать датчик положения на ДХ, нужно к отслеживаемой цели подключить магнитную пластину. Когда эта пластина будет менять положение относительно магнита в ДХ, поле будет менять свой состав и по изменению индукции этого поля можно будет определить положение объекта.

Цифровые

Такие контроллеры применяются в электронике и промышленности для управления включением и выключением, например, станков с численным программным управлением, а также для регулирования работы автоматизированных систем.

Датчики

На цифровых ДХ собирают различные контроллеры, способные отслеживать изменение различных величин и реагировать на изменения.

Контроллер частоты вращения

Контроллеры Холла, измеряющие частоту вращения чего-либо, называются энкодерами. Обычно их несколько устанавливается на определенную позицию, через которую проходит несколько магнитов с вращающегося объекта.

Как только магнит пересекает первый датчик, последний выдает на выходе уровень логической единицы. С другими контроллерами аналогично. Момент появления логической единицы на одном из датчиков позволяет оценить частоту вращения объекта.

Контроллер системы зажигания авто

Система зажигания устроена таким образом, что имеет два устойчивых состояния: включено-выключено. Такие же устойчивые логические уровни имеют цифровые ДХ. Соединить эти приборы в одно устройство не составляет труда: к системе зажигания присоединяется магнитная пластина.

Когда система находится в положении «включено», пластина пересекает магнитное поле ДХ и разность потенциалов в проводнике контроллера изменяется. Этим изменением можно управлять различными системами авто.

Контроллер положения клапанов

Если к клапану подсоединить магнитную пластину, а ее расположить рядом с контроллером Холла, то при открытии (или, наоборот, закрытии) клапана индукция поля и, как следствие, напряжение в проводнике изменится, а это изменение переведет контроллер в одно из логических состояний (ноль, единица).

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

Наличие бумаги в принтере можно фиксировать точно так же, как и положение клапанов. Есть флажок, который устанавливается и пересекает поле постоянного магнита ДХ, если в принтер поступает бумага.

Устройства синхронизации

Датчики синхронизации активно применяются в автомобилестроении, где они регулируют время и объем подачи топлива, углы опережения зажигания и поворота распределительного вала, а также других показателей.

Такие датчики представляют собой намагниченный сердечник с медной обмоткой, на концах которой фиксируют разность потенциалов.

Счетчик импульсов

С помощью эффекта Холла можно считать поступающие в проводник импульсы. Импульс – сигнал высокого уровня. Соответственно, есть сигнал низкого уровня (обычно это 0). Если импульс поступает на проводник, то на его концах создается разность потенциалов под действием магнитного поля. Когда импульс пропадает, разность потенциалов тоже исчезает. По скорости появления-пропадания напряжения в проводнике можно судить о количестве импульсов: зная время и скорость можно определить количество.

Блокировка дверей

Магнит контроллера располагается на двери машины, например, а сам контроллер – на дверной коробке. Как только замок, не снятый с сигнализации, попытается кто-то открыть и потянет на себя ручку двери, подключенная система заблокирует двери и предотвратит доступ в машину. Так и работает блокировка дверей с применением ДХ.

Вместо системы блокировки дверей к датчику можно подключить сирену или другую сигнализацию.

Измеритель расхода

Расходометр на ДХ устроен таким образом, что каждое изменение магнитного потока, фиксируемое контроллером, равняется определенной порции прошедшего вещества (жидкости, например).

Бесконтактное реле

Бесконтактные реле на ДХ так устроены, что при изменении магнитной индукции поля вокруг проводника на нем меняется напряжение и это изменение разности потенциалов провоцирует переключение реле.

Детектор приближения

Контроллер приближения на цифровом ДХ аналогичен контроллеру на линейном ДХ с той лишь разницей, что цифровой выдает только два уровня сигнала – высокий и низкий – а аналоговый –бесконечное множество, то есть, например, цифровым контроллером можно только включить и выключить свет, а аналоговым включить на определенную величину, сделать свет ярче или тусклее, а потом выключить.

Какие функции выполняет в смартфоне

Когда человек подносит смартфон близко к уху, экран телефона гаснет для предотвращения случайных нажатий. Как это удалось реализовать разработчикам? При помощи цифрового датчика приближения, основанного на эффекте Холла.

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

  1. Ферритовое кольцо.
  2. Проводник для тока.
  3. Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
  4. Дифференциальный усилитель.

В кольце необходимо пропилить зазор, в котором расположится элемент Холла. Его потребуется подключить к дифференциальному усилителю, который представляет особой ОУ с отрицательной обратной связью.

Если изменение индукции – это своеобразная «ошибка», то ОУ выступает в роли усилителя ошибки, как показано на принципиальной схеме подключения на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

Вместо усилителя можно установить микроконтроллер и через ограничительный резистор подключить его к выводу микросхемы ACS 711 в режиме АЦП. Тогда к другому выводу микроконтроллера можно подключить полевой транзистор и получится генератор импульсов, который можно использовать в режиме широтно-импульсной модуляции, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

  1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
  2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
  3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

  1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
  2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Чем выше температура, тем быстрее движутся заряды в проводнике, тем чувствительнее датчик ко всем колебаниям магнитного поля.

Датчик Холла — принцип работы


В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

  1. Датчик Холла, что это такое
  2. Применение датчика в автомобиле
  3. Преимущества автомобильного датчика Холла
  4. Зажигание с датчиком Холла
  5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:


Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?

На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.

[contents]

Датчик Холла принцип работы

Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?

Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.

Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.

Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.

Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.

Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.

В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.

 

Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.

Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

  • мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
  • на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
  • при движении машина внезапно глохнет;
  • на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

  1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
  2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
  3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

 

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

 

Что такое датчик Холла, как он работает и за что отвечает

Содержание статьи:

Датчик Холла – устройство, получившее название в честь физика, который открыл закономерность.

Принцип работы датчика Холла

Ученый проводил эксперимент. Он взял проводник. В его качестве выступала золотая пластина. Через эту пластину он пропустил электрический ток. После этого проводник разместили между двумя разнополярными магнитами. Это дало интересный результат: электроны отклонялись перпендикулярно магнитным волнам. На двух гранях возникало напряжение. Эффект Холла возможен при определенных условиях:

  • Во-первых, напряжение должно быть достаточно сильным;
  • Во-вторых, магниты не должны находиться далеко от проводника.

Если говорить проще, то при взаимодействии магнитного поля и проводника, через который проходит электрический ток, на проводнике возникает разность потенциалов. Именно эту разность и фиксирует прибор.

Виды датчиков

С развитием науки технология стала использоваться во многих устройствах. Этому способствовало и то, что всего существует несколько видов датчиков:

  1. Цифровые. Предназначены для обнаружения магнитного поля. При достаточно высокой индукции, устройство срабатывает. Это определенная логическая команда, которая определяется как «один» такой сигнал означает – поле присутствует. При низкой чувствительности, слабом магнитном поле, или полном его отсутствии, срабатывает сигнал «ноль».
  2. Униполярные. Особый вид, который включается и выключается одним и тем же магнитным полем. Включен прибор или же выключен, зависит от интенсивности магнитного поля.
  3. Биполярные. Сложный тип датчика Холла. Его работа основана на взаимодействии с обоими полюсами. К примеру, он включается только южной стороной магнита. Если включение произошло, то этой стороной уже нельзя повлиять. Не поможет изменение плотности магнитных волн или расстояния меду магнитом и проводником. Чтобы отключить его, нужно развернуть  магнит на противоположный полюс и эту сторону поднести к прибору.

Применение

Датчики Холла применяются во многих сферах человеческой жизни. Конечно, в большинстве случаев их применяют по назначению, для измерения магнитного поля. Однако свое место эти устройства нашли и в цифровой индустрии и в машиностроении. Это обусловлено тем, что простая система Холла стала включаться в сложные системы управления, работающие на принципах логики, когда всю информацию можно закодировать в виде последовательности нолей и единиц.

Устройство применяется во многих видах электроники. К примеру, старая «раскладушка». Этот телефон представляет собой наглядный пример использование Холла в промышленных масштабах. По такому же принципу работает и ноутбук. При закрытии крышки, как всем известно, монитор гаснет. Дело в том, что прибор вмонтирован в материнскую плату компьютера. А в крышке имеется небольшой магнит. При их сближении, то есть закрытии крышки ноутбука, срабатывает эффект Холла и свет гаснет.

С датчиком Холла знаком тот, кто разбирается в технике. Этот прибор является неотъемлемой частью системы зажигания большинства автомобилей. Датчик холла используется благодаря своей большой выносливости. Фактически у этого прибора нет срока годности, так как в нем не взаимодействуют механические элементы. Однако если говорить о приборе, который используется в системе зажигания, то можно учесть и некоторые минусы.

Недостатки датчика Холла

Главный из них основан на самой работе прибора. Ведь устройство фиксирует магнитные поля. При обилии таких полей устройство может работать неправильно. В частности, подобная ситуация возникает в том случае, если намагничивается один из близлежащих элементов зажигания. Это создает дополнительную магнитную волну, работа прибора становится нестабильной. Как следствие в автомобиле может стать прерывистой, или даже совсем пропасть искра.

Что такое адаптация персонала в организации, примеры

Как проверить, рабочий ли датчик?

Бывают случаи, особенно у автомобилистов, когда работоспособность прибора ставится под сомнение. Проверить, работает ли датчик, в такой ситуации можно. Самый простой и надежный  из них, это замена. Датчик, который находится под сомнением, меняется  на заведомо исправный прибор. Если после такой замены машина начинает работать, значит, датчик был испорчен. Но что делать, если еще одного, тем более исправного, датчика Холла под рукой нет?

В таком случае работоспособность можно проверить при помощи обычного тестера. Исправность можно проверить, опираясь на результат. Если после измерения напряжение меньше 0,4 вольт, то датчик неисправен.

Если тестера нет, а работоспособность датчика проверить все равно нужно, в ход идет самодельная установка. Сделать такой прибор можно из небольшого куска провода и колодки от распределения зажигания.

Установка датчика Холла

для бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянным магнитом

Это очень запутанная тема.

Сегодня я потратил несколько часов на повторное обучение теории расположения датчиков Холла, а затем еще дольше пытался придумать четкий способ ее представления. Это было сочетание сбора информации с форумов и просмотра моих старых заметок (которые были основаны на опыте Шейна). Цель этого поста - собрать всю эту информацию на одной веб-странице и передать ее в максимально понятном формате.

Заявление об ограничении ответственности: я не инженер-электрик, поэтому некоторые из этих утверждений могут быть неточными. При этом я уверен на 90%, что это так.

Условные обозначения:

  • edeg: электрические степени
  • эрот: электрическое вращение. 1 эрот = 360 эдэг
  • mdeg: механические градусы
  • mrot: механическое вращение. 1 мрот = 360 мкг
  • пп: количество полюсов магнита пар. 1 pp = 2 магнита (1 север, 1 юг)
  • с: количество пазов (в статоре)
В этом посте будет рассказано, как разместить датчики Холла на трехфазных двигателях, управляемых контроллерами положения Холла 60 и 120 (контроллеры двигателей, которые предполагают, что датчики Холла будут размещены на расстоянии 60 и / или 120 градусов).Хотя можно спроектировать контроллер мотора, ожидающий, что датчики Холла разместят другое количество эдэгов, я никогда не видел и не слышал об одном (просто нет обычных коммерчески доступных датчиков, которые принимают что-либо, кроме 60 и / или размещение датчика Холла 120 эдэг). Я считаю, что причина этого в том, что это усложняет код и выполнение математических расчетов, хотя я могу ошибаться, поскольку я никогда не проектировал свой собственный контроллер двигателя. В этом посте я собираюсь описать только трехфазные двигатели, потому что они являются наиболее распространенным типом, хотя следующие уравнения могут быть расширены на любое количество фазных двигателей с небольшими изменениями.

Нам нужно выяснить, где разместить 3 датчика Холла. Начнем с математики:

Первое, что вам нужно найти, это количество mdeg на erot. Другими словами, количество механических градусов, на которое вращается ротор, чтобы сделать одно полное электрическое вращение.

Уравнение 1: (360 мград / pp ) = n mdeg на erot = n mdeg на 360 edeg

Примечание: не путайте это с уравнением mrpm * pp = erpm, что полезно для определения электрических оборотов с учетом механических оборотов вашего двигателя.


Теперь предположим, что вы хотите использовать контроллер двигателя, для которого требуется установка датчика Холла 120 edeg . Вам нужно найти количество миллиграммов на 120 эдэг. Таким образом, вы просто разделите приведенное выше уравнение на 3.

Уравнение 2: (360 мград / 3 * pp ) = м мград на 120 эдэг.


Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое вы можете разнести каждый из датчиков эффекта Холла, и при этом добиться разноса в 120 градусов.

На этом этапе вам нужно выбрать, хотите ли вы установить датчики эффекта Холла на внутренней плате 1 2, за пределами двигателя (обычно на каком-то приспособлении / плате (прокрутите вниз 2/3 страницы), расположенной так что он может улавливать утечку магнитного потока из двигателя) или внутри пазов статора 1 2 3 (примечание: если вы устанавливаете их сбоку от катушек, как я, убедитесь, что вы расположили их как можно ближе к магнитам по возможности) на катушках.Преимущество первых двух вариантов заключается в том, что плату можно вращать, чтобы замедлить или опередить синхронизацию двигателя (регулируемая синхронизация). Единственный способ настроить время третьего варианта - программно.

ПРИМЕЧАНИЕ: ОЧЕНЬ важно разместить датчики на эффекте Холла как можно точнее. Отклонение на несколько механических градусов может отпугнуть вас на многие десятки электрических градусов.

Если вы хотите установить датчики Холла на какой-нибудь приспособление / плату (внутреннюю или внешнюю), то с математикой покончено! Приведенное выше значение, м , дает вам количество механических градусов, в которых вы должны разнести каждый датчик на эффекте Холла (для 3 датчиков на эффекте Холла это общая дуга 2 * м мград).Если м слишком мало на ваш вкус, вы можете умножить его на любое целое число, например 2, 3, 4 и т. Д., Чтобы получить другие интервалы, которые будут работать с контроллерами двигателей edeg 120. (Хотя датчики на эффекте Холла больше не будут разнесены точно на 120 градусов, они будут кратны 120 градусам, что тоже будет работать).

Если вы хотите установить датчики Холла в пазы статора, вам нужно найти количество миллиграммов на слот:

Уравнение 3: (360 мград / с ) = x мград на слот

Сейчас вам нужно умножить м на из ур.2 целыми числами, пока не найдете целое число i , которое даст вам число, кратное x . м * i дает вам количество метров в градусах, на которое вы должны разнести датчики на эффекте Холла, и:

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = количество щелей между датчиками Холла.

Вероятно, есть несколько вариантов для i , особенно если количество пазов и полюсов в двигателе увеличивается. Пока удовлетворяются приведенные выше уравнения, контроллер мотора, который хочет, чтобы датчики Холла на 120 градусов были разнесены, будет работать.

_______________________________________________

Теперь для контроллеров двигателей, для которых требуется размещение датчика Холла 60 edeg . Уравнение 1 по-прежнему применимо, но уравнение 2 теперь принимает вид:

Уравнение 2 ': (360 мград / 6 * pp ) = м мград на 60 эдэг.

Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое можно разнести каждый из датчиков эффекта Холла и при этом добиться разнесения в 60 градусов.Следуя логике из приведенного выше случая шага 120 edeg, вы можете умножить m на любое целое число и при этом сохранить шаг 60 edeg. Затем вы можете напрямую передать это количество mdeg на плату / приспособление для установки датчиков Холла.

Или вы можете установить датчики Холла в пазы статора. Это идентично случаю с интервалом 120 градусов; Уравнения 3 и 4 в этом случае остаются неизменными.

Примечание. Интересно и логично, что вы получите все значения, кратные 120 edeg, в случае интервала 60 edeg (120 кратно 60).

*** Примечание 2: Будьте осторожны со схемой намотки. Схемы намотки могут влиять на то, какие интервалы между градусами работают, а какие нет. Иногда вам придется перевернуть датчик Холла (см. Пример 4 ниже). Для простоты вам следует разместить датчики на эффекте Холла в разумных местах (первый на зубах или между ними), несмотря на то, что часто это не имеет значения, если они расположены правильно (я говорю «часто», потому что если датчики вращаются вместе, вы можете регулировать синхронизацию двигателя, а значит, и его производительность и характеристики).***

__________________________________________________

Время для некоторых ПРИМЕРОВ!

Ex 1: Электродвигатели ELB с внутренними датчиками холла, установленными на вращающейся «доске холла» для 120 контроллеров edeg. Двигатель

ELB представляет собой бесщеточный двигатель с 18 гнездами, 20 полюсов и схемой обмотки AaABbBCcCAaABbBCcC. Сначала я хотел иметь датчики на доске холла, которые я мог бы вращать вокруг оси, чтобы легко регулировать время. Итак, я произвел математику:

Уравнение 1: (360 мград / 10 п.п.) = 36 мград на эрот = n мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 30) = 12 мград на 120 эдэ

Я расположил датчики на эффекте Холла на расстоянии 12 градусов друг от друга, чтобы получить общую дугу в 24 градуса, что позволило получить красивую небольшую доску для холла. (Я протравил лазером градусные линии на вырезанных мной досках холла, что оказалось очень хорошо для выравнивания датчиков). Это сработало. К сожалению, небольшие доски холла были очень хрупкими, и мне действительно не хватило места для доски холла внутри двигателя (или снаружи), поэтому я решил приклеить датчики в пазы статора ... см. Следующий пример.

Ex 2: Двигатели ELB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для контроллеров 120 edeg.

Время для дополнительных вычислений:

Уравнение 3: (360 мград / 18) = 20 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((12 * 5) / 20) = 3 слота между датчиками холла.

Таким образом, датчики на эффекте Холла должны быть разнесены на 60 мград (600 эдэг), или по одному на каждые 3 слота. Именно это я и сделал, и это прекрасно работает. i = 10 также работает, и датчики Холла размещаются на расстоянии 120 мградусов друг от друга или равномерно вокруг статора. Фактически, 120 мград работает для многих распространенных комбинаций паз / полюс ... так что вы могли бы просто пропустить всю эту математику и сделать это так.

Я не буду делать пример датчика положения в слоте с контроллером расстояния 60 градусов для ELB. Оказывается, что единственные интервалы между холлами mdeg, которые работают для 60 контроллеров edeg с 18-секундным, 20-полюсным двигателем, такие же, как 120 edeg, кратные mdeg. Другими словами, датчики Холла оказываются в том же месте, что и в корпусе с шагом 120 градусов. Но не верьте мне на слово, попробуйте математику!

Ex 3: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для контроллеров 120 edeg.Двигатели

EHB будут 12-слотовыми, 14-полюсными бесколлекторными двигателями со схемой обмотки AacCBbaACcbB.

Уравнение 1: (360 мград / 7 pp) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 7 * 3) = 17,14 мградус на 120 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((17,14 * 7) / 30) = 4 слота между датчики холла.

Первое действующее кратное i - 7.Оказывается, единственный способ разместить датчики в пазах статора при использовании контроллера двигателя, который рассчитывает расстояние между датчиками 120 градусов, состоит в том, чтобы расположить датчики 120 на градусах друг от друга (на равном расстоянии вокруг двигателя).

Это не значит, что вы не могли установить датчики на каком-то приспособлении на 17,14 миллиграмма друг от друга ... вы можете. Но если вы хотите, чтобы статоры в пазах на этом типе двигателя, вы должны разнести их на 120 мград.

Красные точки обозначают гнезда, в которые должны быть помещены датчики.

Ex 4: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для 60 контроллеров edeg.

Давайте возьмем тот же двигатель, что и в примере 3, но теперь контроллер двигателя ожидает, что расстояние между датчиками на эффекте Холла составляет 60 градусов.

Уравнение 1: (360 мград / 7 пп) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 6 * 7) = 8,57 мградус на 60 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((8.57 * 7) / 30) = 2 слота между датчиками Холла.

Теперь датчики на эффекте Холла можно разместить ближе друг к другу. Однако есть загвоздка. Поскольку датчики Холла расположены следующим образом: A (датчик) ac (датчик) CB (датчик) baACcbB, второй датчик (C-фаза) необходимо перевернуть, потому что магнитное поле в этом слоте перевернуто, потому что этот слот намотан. другое направление по сравнению с гнездами первого и третьего датчиков. Вот почему нужно быть осторожным со схемами намотки.

Синяя точка обозначает прорезь, в которую следует перевернуть датчик Холла.

________________________________________________


Примечания по подключению контроллера к мотору. Вам придется потратить некоторое время на тестирование, чтобы увидеть, какой датчик холла соответствует какой фазе. И если у вас нет возможности изменить код в контроллере мотора, вам придется играть с комбинациями проводов, чтобы получить правильную.Очень помогает двухканальный осциллограф. Поскольку существует множество тем, посвященных бесконечным сферам, и это зависит от типа вашего двигателя, я не буду вдаваться в подробности. .Переключатель на эффекте Холла

| Основные сведения о переключателе с фиксацией

Основы ИС с фиксатором на эффекте Холла

Скачать PDF версию

Существует четыре основных категории ИС на эффекте Холла, которые обеспечивают цифровой выход: униполярные переключатели, биполярные переключатели, многополюсные переключатели и защелки.Переключатели с защелкой описаны в этом примечании по применению. Аналогичные примечания по применению униполярных переключателей, биполярных переключателей и омниполярных переключателей представлены на веб-сайте Allegro ™.

ИС датчика Холла с фиксацией, часто называемые «защелками», представляют собой переключатели Холла с цифровым выходом, которые фиксируют состояния выхода. Защелки похожи на биполярные переключатели, имеющие положительный B OP и отрицательный B RP , но обеспечивают жесткий контроль над поведением переключения. Защелки требуют для работы как положительного, так и отрицательного магнитного поля.Магнит, создающий магнитное поле южной полярности (положительное) достаточной силы (плотность магнитного потока), заставит устройство переключиться во включенное состояние. Когда устройство включается, оно фиксирует состояние и остается включенным, даже если магнитное поле удалено, до тех пор, пока не появится магнитное поле северной полярности (отрицательное) достаточной силы. Когда отображается отрицательное поле, устройство выключено. Он фиксирует измененное состояние и остается выключенным, даже если магнитное поле удалено, пока снова не появится достаточное магнитное поле южной полярности (положительное).

Приложения для определения положения вращающегося вала показаны на рис. 1. Несколько магнитов объединены в простую структуру, называемую «кольцевым магнитом», которая включает в себя чередующиеся зоны противоположной магнитной полярности. Корпус ИС, расположенный рядом с каждым кольцевым магнитом, представляет собой защелку Холла. Когда вал вращается, магнитные зоны перемещаются мимо устройства Холла. Устройство подвергается воздействию ближайшего магнитного поля и включается, когда южное поле противоположно, и выключается, когда северное поле противоположно.Обратите внимание, что лицевая сторона устройства обращена к кольцевому магниту.

Рис. 1. Применение двух фиксированных устройств с кольцевыми магнитами. Кольцевые магниты имеют чередующиеся зоны полярности N (север) и S (юг), которые вращаются мимо устройств Холла, заставляя их включаться и выключаться.

Термины магнитной точки переключения

Следующие термины используются для определения точек перехода или точек переключения операции переключателя Холла:

Рисунок 2.Эффект Холла относится к измеряемому напряжению, присутствующему при воздействии на приложенный ток перпендикулярного магнитного поля.

  • B - Символ плотности магнитного потока, свойства магнитного поля, используемого для определения точек переключения устройства Холла. Измеряется в гауссах (G) или теслах (T). Преобразование составляет 1 G = 0,1 мТл.

    B может иметь северную или южную полярность, поэтому полезно иметь в виду алгебраическое соглашение, согласно которому B указывается как отрицательное значение для магнитных полей северной полярности и как положительное значение для магнитных полей южной полярности.Это соглашение позволяет арифметически сравнивать значения северной и южной полярности, где относительная напряженность поля указывается абсолютным значением B, а знак указывает полярность поля. Например, поле - 100 G (север) и поле 100 G (юг) имеют эквивалентную напряженность, но противоположную полярность. Точно так же поле - 100 Гс сильнее, чем поле - 50 Гс.

  • B OP - Магнитная точка срабатывания; уровень усиливающегося магнитного поля, при котором включается прибор Холла.Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронного устройства отдельного устройства.
  • B RP - Магнитная точка срабатывания; уровень ослабляющего магнитного поля, при котором выключается устройство Холла (или для некоторых типов устройств Холла, уровень усиливающегося отрицательного поля, заданный положительным B OP ). Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронной конструкции отдельного устройства.
  • B HYS - Магнитный гистерезис точки переключения.Передаточная функция устройства Холла разработана с таким смещением между точками переключения для фильтрации небольших колебаний магнитного поля, которые могут возникнуть в результате механической вибрации или электромагнитного шума в приложении. B HYS = | B OP - B RP |.

Обычная работа

Точки переключения ИС датчиков с фиксацией симметричны относительно уровня нейтрального поля, B = 0 G, как показано на рисунке 3. Точки переключения находятся при одинаковой напряженности поля, но с противоположными полярностями.Например, если точка срабатывания, B OP , составляет 85 G (положительное значение, указывающее на южную полярность), точка срабатывания, B RP , составляет -85 G (отрицательное значение, указывающее на северную полярность). Фиксация последнего состояния предотвращает переключение устройств в слабых полях.

Переключатель с фиксацией включается в сильном поле южной полярности, и результирующий выходной сигнал имеет низкий логический уровень (при напряжении насыщения выходного транзистора, V OUT (sat) , обычно <200 мВ).Защелкивающийся переключатель выключается в сильном поле северной полярности, и результирующий выходной сигнал имеет высокий логический уровень (до полного напряжения питания, V CC ). Поскольку коммутируемое состояние зафиксировано, эти устройства не переключаются, пока магнитное поле находится в диапазоне гистерезиса точки переключения, между B OP и B RP . Поскольку точка 0 G должна быть пересечена, прежде чем произойдет переключение в любом направлении, диапазон гистерезиса относительно шире, чем для других типов переключателей Холла.

Рисунок 3. Выходные характеристики переключателя с фиксацией. Выход устройства переключается на низкий логический уровень при наличии сильного поля южной полярности и переключается на высокий логический уровень в сильном поле северной полярности. В слабом поле защелка не меняет состояние выхода.

Хотя устройство может включаться с плотностью магнитного потока на любом уровне, для объяснения рисунка 3 начните с крайнего левого угла, где магнитный поток (B на горизонтальной оси) меньше положительного значения, чем у B RP или B OP .Здесь устройство выключено, а выходное напряжение (V OUT , по вертикальной оси) высокое.

Следуя стрелкам вправо, магнитное поле становится все более положительным. Когда поле более положительное, чем B OP , устройство включается. Это приводит к изменению выходного напряжения на противоположное, низкое.

Пока магнитное поле остается более положительным, чем у B RP , устройство остается включенным, а выходное состояние остается неизменным.Это верно, даже если B становится немного менее положительным, чем B OP , в пределах встроенной зоны гистерезиса переключения, B HYS .

Следуя стрелкам влево, магнитное поле становится менее положительным, а затем более отрицательным. Когда магнитное поле снова упадет ниже B RP , устройство выключится. Это заставляет вывод вернуться в исходное состояние.

Магниты

Можно использовать отдельные магниты для обеспечения двух противоположных магнитных полярностей, однако обычно более экономически выгоднее использовать материал кольцевого или полосового магнита.Кольцевые и ленточные магниты намагничиваются чередующимися полюсами с заданным интервалом. Кольцевой магнит представляет собой узел в форме тороида или диска (см. Рис. 1) с чередующимися полюсами, намагниченными в радиальном или осевом направлении. Полосовой магнит - это плоская полоса с чередующимися магнитными полюсами. Кольцевые магниты доступны из различных материалов, включая керамику, редкоземельные и гибкие материалы. В магнитных лентах почти всегда используются гибкие материалы, такие как связующее из нитрилового каучука, содержащее ориентированный феррит бария, или более энергоемкие редкоземельные материалы.

Кольцевые магниты обычно указываются как имеющие несколько полюсов, в то время как полосковые магниты обычно указываются в количестве полюсов на дюйм. Четырехполюсный кольцевой магнит содержит два северных и два южных чередующихся полюса (N-S-N-S), в то время как полосовой магнит 11 полюсов на дюйм имеет чередующиеся полюса, разнесенные на 0,0909 дюйма. центры. Производители магнитов предлагают различные варианты расположения полюсов.

Подтягивающий резистор

Подтягивающий резистор должен быть подключен между плюсом питания и выходным контактом (см. Рисунок 4).Стандартные значения подтягивающих резисторов составляют от 1 до 10 кОм. Минимальное подтягивающее сопротивление зависит от максимального выходного тока микросхемы датчика (тока стока) и фактического напряжения питания. 20 мА - типичный максимальный выходной ток, и в этом случае минимальный подтягивающий ток будет составлять CC В / 0,020 А. В тех случаях, когда потребление тока является проблемой, подтягивающее сопротивление может составлять от 50 до 100. кОм. Внимание: при больших значениях подтягивания можно вызвать внешние токи утечки на землю, которые достаточно высоки, чтобы снизить выходное напряжение, даже когда устройство отключено от магнитного поля.Это не проблема устройства, а утечка, которая возникает в проводниках между подтягивающим резистором и выходным контактом ИС датчика. В крайнем случае, это может привести к падению выходного напряжения ИС датчика настолько, что будет препятствовать правильной работе внешней логики.

Рисунок 4. Типовая схема применения.

Использование байпасных конденсаторов

Расположение байпасных конденсаторов показано на рисунке 4. В целом:

  • Для конструкций без стабилизации измельчителя - рекомендуется значение 0.Конденсатор 01 мкФ следует разместить на выводах и выводах заземления, а также между выводами питания и заземления.
  • Для схем со стабилизацией прерывателя - конденсатор 0,1 мкФ должен быть помещен между выводами питания и заземления, а конденсатор емкостью 0,01 мкФ рекомендуется между выводами и выводами заземления.

Состояние при включении питания

Защелка включается в допустимом состоянии только в том случае, если напряженность магнитного поля превышает B OP или B RP при подаче питания.Если напряженность магнитного поля находится в диапазоне гистерезиса, то есть между B OP и B RP , устройство может сначала принять либо включенное, либо выключенное состояние, а затем достичь правильного состояния при первом отклонении от точки переключения. Устройства могут быть спроектированы с логикой включения питания, которая отключает устройство до достижения точки переключения.

Время включения

Время включения в некоторой степени зависит от конструкции устройства. Микросхемы цифровых выходных датчиков, такие как фиксирующее устройство, достигают стабильности при первоначальном включении в следующие моменты времени.

Тип устройства Время включения
Нерубленые конструкции (например, семейство A1210) <4 мкс
Стабилизированный измельчителем (например, семейство A1220) <25 мкс

По сути, это означает, что до истечения этого времени после подачи питания выход устройства может быть не в правильном состоянии, но по истечении этого времени выход устройства гарантированно будет в правильном состоянии.

Рассеиваемая мощность

Общая рассеиваемая мощность складывается из двух факторов:

  • Мощность, потребляемая микросхемой датчика, без учета мощности, рассеиваемой на выходе. Это значение в CC раз больше тока питания. V CC - напряжение питания устройства, а ток питания указан в паспорте. Например, при V CC = 12 В и токе питания = 9 мА. Рассеиваемая мощность = 12 × 0,009 или 108 мВт.
  • Мощность, потребляемая на выходном транзисторе.Это значение в В (вкл) (насыщение) в раз превышает выходной ток (установленный подтягивающим резистором). Если V (on) (sat) составляет 0,4 В (наихудший случай), а выходной ток составляет 20 мА (часто наихудший случай), рассеиваемая мощность составляет 0,4 × 0,02 = 8 мВт. Как видите, из-за очень низкого напряжения насыщения мощность, рассеиваемая на выходе, не вызывает большого беспокойства.

Общая рассеиваемая мощность для этого примера составляет 108 + 8 = 116 мВт. Отнесите это число к таблице снижения номинальных характеристик в техническом описании рассматриваемого блока и проверьте, не нужно ли снизить максимально допустимую рабочую температуру.

Часто задаваемые вопросы

В: Как сориентировать магниты?

A: полюса магнита ориентированы на фирменную лицевую сторону устройства. На фирменном лице вы найдете идентификационную маркировку устройства, например частичный номер детали или код даты.

Q: Можно ли поднести магнит к тыльной стороне устройства?

A: Да, однако имейте это в виду: если полюса магнита остаются ориентированными в одном направлении, то ориентация магнитного поля через устройство остается неизменной по сравнению с подходом с передней стороны (например, если южный полюс был ближе к устройству при подходе с передней стороны, то северный полюс был бы ближе к устройству при подходе с обратной стороны).Тогда северный полюс будет генерировать положительное поле относительно элемента Холла, тогда как южный полюс будет генерировать отрицательное поле.

Q: Есть ли компромиссы при приближении к задней стороне устройства?

А: Да. Сигнал «чище» доступен при приближении с лицевой стороны упаковки, поскольку элемент Холла расположен ближе к лицевой стороне (фирменная грань упаковки), чем к задней стороне. Например, для пакета "UA" чип с элементом Холла находится на 0,50 мм внутри фирменной поверхности корпуса, и поэтому составляет примерно 1.02 мм от тыльной стороны. (Расстояние от фирменной грани до элемента Холла называется «глубиной активной зоны».)

В: Может ли очень большое поле повредить устройство на эффекте Холла?

A: Нет. Очень большое поле не повредит устройство на эффекте Холла Allegro, и такое поле не добавит дополнительного гистерезиса (кроме расчетного гистерезиса).

В: Зачем мне устройство, стабилизированное прерывателем?

A: ИС датчиков, стабилизированных прерывателем, обеспечивают большую чувствительность с более жестко контролируемыми точками переключения, чем конструкции без прерывания.Это также может позволить более высокие рабочие температуры. В большинстве новых конструкций устройств используется рубленый элемент Холла.

Предлагаемые устройства

Стандартные защелки Allegro перечислены в руководствах по выбору на веб-сайте компании в разделе «Защелки на эффекте Холла / биполярные переключатели».

Защелки с низким энергопотреблением перечислены в Переключатели / защелки Micropower.

Возможные приложения

  • Определение скорости
  • Энкодер
  • Считая оборотов
  • Расходомер
  • Бесщеточная коммутация двигателя
  • Коммутация электродвигателя люка / стеклоподъемника с защитой от защемления

Замечания по применению для связанных типов устройств

Ссылка: AN296067

.

Датчики на эффекте Холла | Allegro MicroSystems

Датчики на эффекте Холла

Автор: Шон Милано, Allegro MicroSystems

Скачать PDF версию

Аннотация

Allegro MicroSystems - мировой лидер в разработке, производстве и маркетинге высокопроизводительных интегральных схем датчика Холла.В этой заметке дается общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro разрабатывает и реализует технологию Холла в корпусных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на токопроводящей проводящей пластине, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, как показано на нижнем рисунке. панель рисунка 1.

Фундаментальным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца, которая проиллюстрирована на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном приложенному магнитному полю, B, он испытывает силу F , сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к току.

Рис. 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B обозначают магнитное поле, проходящее перпендикулярно проводящей пластине.

В ответ на эту силу электроны движутся по изогнутой траектории вдоль проводника, и на пластине возникает общий заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V H пропорционально напряженности приложенного поля, и что полярность V H определяется направлением, северным или южным, приложенное магнитное поле. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

  • V H - напряжение Холла на проводящей пластине,
  • I - ток, проходящий через пластину,
  • q - величина заряда носителей заряда,
  • ρn - количество носителей заряда в единице объема, а
  • т - толщина листа.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла применяется как к проводящим пластинам, так и к полупроводниковым пластинам.Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем с эффектом Холла для множества различных приложений.

Переключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включает выходной транзистор и соединяет выход с GND, действуя как устройство с активным низким уровнем.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается аббревиатурой B OP .Когда поле убирается, выходной транзистор выключается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания, или B RP . Разница между B OP и B RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга переключения из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются южным полюсом (B OP ) и выключаются северным полюсом (B RP ).Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «фиксируют» вывод в текущем состоянии, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для определения вращающихся магнитов для коммутации двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства имеют аналоговый выход и используются для определения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали газа. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое в отсутствие поля номинально составляет В CC /2.При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент переключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных применений. Пожалуйста, обратитесь к руководствам по выбору продуктов Allegro: ИС магнитных датчиков линейного и углового положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Аллегро интегральные схемы с эффектом Холла (IC) используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания магнитно-активируемых переключателей и аналоговых выходных устройств.Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рисунке 2, может использоваться для определения наличия или отсутствия магнита и реагировать с помощью цифрового выхода.

Рисунок 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы - это электронные структуры с большим количеством элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемые как единый блок. Элементы схемы включают активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Эти компоненты соединены между собой металлом, обычно алюминием, для создания более сложных операционных усилителей и компараторов устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются на всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратной рамки с буквой «X». Его выходной сигнал усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит ИС Холла с двумя элементами Холла для измерения дифференциальных магнитных полей и даже тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей.Какой бы сложной ни была топология датчика, все компоненты изготавливаются на тонкой подложке из полупроводникового материала и на ней.

Конструкция ИС Холла

Устройства Allegro производятся на кремниевых подложках путем легирования непосредственно в кремний различными материалами для создания областей носителей n-типа (электроны) или p-типа (электронные дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрические формы, которые составляют активный и пассивный компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены друг с другом путем нанесения металла на геометрии.Таким образом, активный и пассивный компоненты электрически соединяются вместе. Поскольку требуемые геометрические размеры очень малы, в диапазоне микрон, а иногда и меньше, плотность схемы чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы.На рисунке 3 показано, как элемент Холла интегрируется в Allegro IC. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рисунок 3. Поперечное сечение одиночного элемента Холла; резистор epi N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток протекает от одного угла пластины к противоположному углу, напряжение Холла будет развиваться через два других угла пластины в присутствии перпендикулярного магнитного поля.Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы образуют активные компоненты, такие как транзисторные структуры NPN или NMOS. На рисунке 4 показаны поперечные сечения как NPN-, так и PMOS-транзисторов.

Рис. 4. Поперечные сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n NPN (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются в подложке, пока она все еще имеет форму большой пластины. Цепи повторяются в виде ряда строк и столбцов, которые можно распилить на отдельные кристаллы или «чипы», как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Кремниевая пластина, выпиленная в матрицу после нанесения рисунка микросхемы

Единственное устройство на ИС с датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть. в виде красного квадрата в середине микросхемы, а также схемы усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рис. 6. Микросхема Single Hall IC

Упаковка для устройств Холла

После распиливания рядов и столбцов кремниевых пластин на отдельные кристаллы, кристаллы упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый корпус, один из многих возможных стилей, показан на рис. 7. Кристалл виден внутри корпуса, установленный на медной матрице. Контакт с медными выводами осуществляется посредством золотой проволоки, соединяющей металлические контактные площадки на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса.Затем упаковку инкапсулируют или формуют поверх пластика, чтобы защитить матрицу от повреждений.

Рис. 7. Типичный полный комплект устройства Холла, показывающий смонтированную матрицу и проводные соединения с выводами.

Корпус на рис. 7 представляет собой простой переключатель, показанный на рис. 2, с VCC, GND и выходными выводами в миниатюрном трехконтактном однорядном корпусе (SIP). Другие пакеты можно увидеть на рисунке 8 и включают в себя масштабируемый пакет микросхемы на уровне пластины (CSP), SOT23W, MLP, 3-контактный UA-корпус SIP и 4-контактный K-корпус SIP.

Рис. 8. Типичные полные комплекты устройств Холла: (A) MLP для поверхностного монтажа и (B) SOT23W, (C) пакет масштабирования кристалла на уровне пластины (CSP) и монтаж в сквозное отверстие (D) K типа SIP, и (E) UA типа SIP.

AN296065

.

Применение и использование датчиков Холла, возможности датчиков Холла Hoeben Electronics


Более пристальный взгляд на ратиометрические двунаправленные аналоговые датчики Холла

На этой странице вы можете найти полезную информацию об использовании датчиков Холла, для специальных корпуса и приложения см. на странице Приложения. Мы приветствуем любую дополнительную информацию и предложения для добавления на этот сайт. Не стесняйтесь задавать нам любые вопросы.


Датчики на эффекте Холла изготовлены из тонкого проводящего материала.Когда через датчик протекает ток, напряжение в направлении y появляется поперек текущего направления (x). Магнитное поле приложено перпендикулярно проводнику (направление z).

Рис. 1 Принцип действия датчика Холла

Выходной сигнал датчика Холла пропорционален плотности магнитного потока и току, протекающему через датчик.

  • Датчик эффекта Холла может измерять магнитные поля (B, обычно выражается в Тесла или Гаусс)
  • Датчик Холла также может измерять влияние ферромагнитных объектов на магнитные поля
  • Поскольку токи создают магнитные поля, Холла датчики эффекта могут использоваться для измерения электрических токов
  • И поскольку датчик умножает ток датчика на магнитное поле, его также можно использовать для измерения истинной среднеквадратичной мощности и косинуса PHI (например, в измерителе мощности)


Датчик Холла очень универсален и может использоваться во многих приложениях.Некоторые, но, конечно, не все, показаны здесь.

Датчик на эффекте Холла может использоваться для измерения расстояния между датчиком и постоянным магнитом или электромагнитом. Это позиционирование может быть выполнено очень точно. Когда второй датчик Холла (не показан на чертеже) используется на южном полюсе магнита, точные датчики Холла , которые идентичны (например, Hoeben Electronics HE144), температуры считывания и температурной зависимости магнита могут быть компенсируется. Повышение точности.

Горизонтальные перемещения магнита или датчика также могут быть измерены.

Углы вращения магнита тоже можно измерить. Конечно, магнит не обязательно должен быть круглым. Используя второй датчик, можно выполнить температурную компенсацию магнита и измерения.

С помощью повернутого магнита или датчика таким же образом можно измерять горизонтальные перемещения.

Таким способом можно измерить множество магнитов, которые вы можете найти в линейных двигателях.

Очень интересная возможность - это измерение положения внутри или на точном линейном двигателе магнитная матрица . Два датчика Холла выдают синус и косинус, сигнал SIN / COS , который можно использовать для измерения абсолютной точности с неожиданным положением. При использовании двух идентичных датчиков, таких как Hoeben Electronics HE144 и HE244, температурное поведение автоматически компенсируется, и позиционирование будет даже более точным.Чтобы получить высокое разрешение, датчик должен иметь низкий дрейф, низкий уровень шума, большой диапазон и очень хорошую линейность и чувствительность в сильных магнитных полях. Датчики Холла Hoeben Electronics удовлетворяют этим требованиям.

Установка датчика Холла и магнита в одно устройство открывает новые возможности. Можно обнаруживать немагнитные ферромагнитные объекты и измерять расстояния. Некоторые металлы обладают ферромагнитными свойствами и могут использоваться, в том числе некоторые версии из нержавеющей стали. Чтобы иметь возможность использовать сильные магниты для большого диапазона и видеть очень небольшие изменения, датчики Холла также должны обладать хорошей чувствительностью к небольшим изменениям в сильном магнитном поле.Для этой цели очень хорошо подходят датчики Холла Hoeben Electronics. Даже самые сильные доступные магниты не будут насыщать датчик.

Таким же образом можно измерять горизонтальные перемещения. И многое другое.

Возможно измерение зубьев шестерен. Очень интересная возможность . использует второй датчик Холла для генерации синуса и косинуса в сигнале SIN / COS для измерения положения. Для этого можно очень хорошо использовать датчики Холла Hoeben Electronics.

Датчики Холла Hoeben Electronics также могут измерять ток. На чертеже показано измерение тока с помощью компенсационной катушки. Возможна также установка без компенсационной катушки.

Использование сетевого напряжения в качестве эталона для тока датчика позволяет измерять мощность. Истинное среднеквадратичное значение. С помощью дополнительной электроники можно также измерить косинус фи. В этом примере показана система без компенсационной катушки.

Ветряные мельницы и солнечные элементы часто создают небольшие ошибочные токи постоянного тока («Ввод постоянного тока») в линии.Значения находятся в миллиамперном диапазоне. Эти токи также можно измерить с помощью датчиков Холла Hoeben Electronics!

.

VESC 6 Проблемы с датчиком Холла

Проблемы с датчиком Холла VESC 6

Всем привет,

Недавно я приобрел несколько новых "запечатанных" двигателей аутраннера для своей установки и заметил некоторые странные вещи, происходящие с сенсорной установкой. Во время измеряемого диапазона оборотов двигатели работают очень шумно, а во время езды наблюдается заметная вибрация, пока не будут достигнуты обороты без датчика. Я не припоминаю, чтобы это было с предыдущими двигателями (Alien Power System), но я не вижу ничего плохого в конструкции этих новых двигателей.

Анализируя сигналы VESC, во время работы с датчиком в фазных токах намного больше шума. Кроме того, чувствуя крутящий момент двигателя в руке, это не постоянный плавный крутящий момент, а скорее прерывистый и сегментированный. В зависимости от положения вращения, кажется, есть несколько мертвых зон. Если вы, ребята, знаете, что вызывает этот эффект, я хотел бы узнать и попытаться исправить это. См. Изображения ниже для захваченных данных:


Обратите внимание на переход от сенсорной к бессенсорной работе.


Захвачено при удержании колеса при неравномерном крутящем моменте


Захват перехода с более высоким разрешением

Сообщите мне свои мысли.

Ура!

., H5-yʖ; CI %&р_ e () P | j (& dIS2 / g7 ( Җf \ VsҰ {5q5Yi.bU ݂ Vcl.% YR! Xe-f

c9cN p +} $ nW 0W 衜 + 4HSb>} ARD zˇгf | {EP`Q3 $ msH0 (~ (& ̔HUcaoP EPBG% ڌ DV {yZ1ex $% $ @ Ya c2] 1cZ.fOK~3|@77Һ3%#31zF 0B> -3co.% F.D% 6ͱlEAHTBlɞ! Q @ hǘ5dFb "$% [f %% [> چ / lSb3 / S "F '% bd-" v , "vPp-% fR, b4 Dͣ͑Fu $ bd (A9P 1AnP ؞! I ؞ A ) R (a I ǏČZQ $ I "5` բ Q" A # (iF \ (i5 @ J-c3Kn0 "ͱ \ A'mM0O DJLNID '% x $! R! WexӧSOѺiC1 = Uea> l) (v ֠ w & Rb + $ / A:% l # ( ~, 6) 9 (B۔гYj) l> c> (Id [{ߢ Nh] VC ADH 砶 U ߁ hPx i96w-A # j $] [$ ADH 砶 P% 5 f7D

A2d0HdmrH 砶 N $ MWMh] IVB * FdgjBZ : Lq6 & `кc24FdM`4´Y”: ~ 5 a [au) Fa) 1 $ deh # DVl & ` 1 =) MAtY

") DSfćA + J {) 1HI $ SDň 9 # 2zci 4} Охг.Aa1JR ('PC1JP (FnSB6; STUH (Id2`ͪf $ bT? ~ Ó! P: GXG [b3T (IhIF &> iC`>' 4iCgB5z ֨ sI ~ Si (X, 5Xl

.

Смотрите также