霍尔开关原理及参数

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霍尔开关在物联网方面设计使用越来越多,尤其在一些智能表计领域,常用于复位激活功能。霍尔开关是一种有源磁电转换器件,它是在霍尔效应原理的基础上把磁输入信号转换为电信号。可以把它理解为“磁性开关”。霍尔开关这种非接触式触发对产品一体性具有很大的优势。

 

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霍尔开关IC内部集成了霍尔电压发生器,放大器,施密特触发电路,晶体管输出电路,其数字输出干净平稳,不会发生开关跳跃及抖动(机械开关的固有问题)。

 

分类

 

最常见的按照感应方式分类可以分为如下三类:

 

1、单极性霍尔开关

感应方式:磁场的一个磁极靠近它,输出低电平信号,磁场磁极离开它输出高电平信号,但要注意的是,单极性霍尔开关它会指定某磁极(N极/S极)感应才有效。

 

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2、双极性霍尔开关

感应方式:磁场有N/S两个磁极,两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关(高低电平),它一般具有锁定的作用,也就是说当磁极离开后,霍尔输出信号不发生改变,直到另一个磁极感应。

 

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3、全极性霍尔开关

感应方式:全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似,区别在于单极性霍尔开关会指定磁极,全极性霍尔开关不会指定磁极,任何磁极靠近输出低电平信号,离开输出高电平信号。

 

参数

 

  • 磁通量密度

磁通量密度主要指磁场强度用B来表示,单位是高斯(Gauss)或特斯拉(tesla)(1G=0.1mT)。

 

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当磁通量密度增大到一定值时,霍尔开关开始动作输出低电平的工作点,该点对应的磁通量密度称为工作点

当继续提高磁场强度时不会影响开关状态会一直保持打开。下图中当磁通量密度达到240G时,霍尔开关输出低电平。

 

 

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由于磁滞作用的影响,如果关掉上图中的和霍尔开关需要使磁通量密度低于240G工作点,如下图所示:存在90G磁滞,当磁通量密度减小到150G时,霍尔开关关断。此时磁通量密度的数值称为释放点图片

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磁极移动方向

 

霍尔效应器件的有效面积埋置于IC内部,该硅片与封装的一个特定面平行,该表面也称为标记面(每个IC的数据手册会显示距离标记面的有效深度)。为了使开关以最佳状态工作,必须保证磁通量线以垂直的方式横越有效面积,并且必须在横越时具有正确的极性。 如下图所示,黄色加号即位有效面积。

 

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不同的霍尔开关IC会在不同位置放置(中心、侧面、多方向)霍尔效应器件,可以根据实际磁铁移动方向选择不同位置的霍尔开关。

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有效总气隙

 

有效总气隙(TEAG)是有效面积深度(AAD,标记面与器件边缘的距离)与气隙(AG,器件表面与磁铁之间的距离)

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磁铁强度计算

 

磁铁的强度与距离的计算参考如下:

 

TI提供了一个在线计算工具:https://www.ti.com/product/DRV5033

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霍尔开关的基本参数如上述介绍,在一些低功耗应用场合下,还需要关注IC本身的平均消耗电流以及采样频率参数。

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开关抖动及消除

当按下按键出现快速抖动现象时,通过电容会使Vb点电压快速变成Vcc或GND。在抖动过程时对电容会有轻微的充电或放电,但后端的施密特触发器有迟滞效果不会导致Vout发现抖动现象。

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