傳感器霍爾傳感器

1、傳感器課件霍爾傳感器2022/8/311第1頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日磁感應強度B 較大時的情況 作用在半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可用下式表示： EH=KH IB第2頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾效應演示 當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內側（d側）偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。cdab第3頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢 若磁感應強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時，實際上作用于霍爾元

2、件上的有效磁感應強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，這時的霍爾電勢與法線的夾角的余弦成正比： EH=KHIBcos 第4頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢演示結論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應強度B成正比。當B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，霍爾電勢為同頻率的交變電勢。acdb第5頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾元件的主要外特性參數 最大磁感應強度BM 上圖所示霍爾元件的線性范圍是負的多少高斯至正的多少高斯？（1T104Gs）線性區(qū)第6頁，共49頁，2

3、022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾元件的主要外特性參數（續(xù)） 最大激勵電流IM : 由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應的最大激勵電流，它的數值從幾毫安至十幾毫安。 以下哪一個激勵電流的數值較為妥當？8A 0.8mA 8mA 80mA 第7頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日第二節(jié) 霍爾集成電路 霍爾集成電路可分為線性型和開關型兩大類。 線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級

4、，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。 線性型三端 霍爾集成電路第8頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日線性型霍爾特性 右圖示出了具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當磁場為零時，它的輸出電壓等于零；當感受的磁場為正向（磁鋼的S極對準霍爾器件的正面）時， 輸出為正；磁場反向時，輸出為負。 請畫出線性范圍第9頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日開關型霍爾集成電路 開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。當外加磁場強度超過規(guī)定的工作點

5、時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；當外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關型霍爾器件如UGN3020等。第10頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日開關型霍爾集成電路的外形及內部電路OC門 施密特 觸發(fā)電路 雙端輸入、 單端輸出運放霍爾 元件.Vcc第11頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日開關型霍爾集成電路（OC門輸出）的接線 請按以下電路，將下一頁中的有關元件連接起來.第12頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日開關型霍爾集成電路與繼電器的接線?第13頁，共49頁，2022年，5月

6、20日，21點39分，星期日開關型霍爾集成電路的史密特輸出特性 回差越大，抗振動干擾能力就越強。 當磁鐵從遠到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時輸出翻轉？當磁鐵從近到遠地遠離霍爾IC，到多少特斯拉時輸出再次翻轉？回差為多少特斯拉？相當于多少高斯（Gs）？ 第14頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日第三節(jié) 霍爾傳感器的應用 霍爾電勢是關于I、B、 三個變量的函數，即 EH=KHIBcos 。 利用這個關系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。 霍爾傳感器主要用于測量能夠轉換為磁場變化的其他物理量。第15

7、頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾特斯拉計（高斯計） 霍爾元件第16頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾高斯計（特斯拉計）的使用 霍爾元件磁鐵第17頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾傳感器用于測量磁場強度 霍爾元件測量鐵心 氣隙的B值第18頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾轉速表 在被測轉速的轉軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經隔直、放大、整形后可以確定被測物

8、的轉速。設該齒輪有22個齒SN線性霍爾磁鐵第19頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾轉速表原理 當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。第20頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測和保持車輪的轉動，有助于控制剎車力的大小和防止側偏。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質霍爾第21頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾轉速表的其他

9、安裝方法 只要黑色金屬旋轉體的表面存在缺口或突起，就可產生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產生轉速信號。 霍爾元件磁鐵第22頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式無觸點汽車電子點火裝置 采用霍爾式無觸點電子點火裝置能較好地克服汽車合金觸點點火時間不準確、觸點易燒壞、高速時動力不足等缺點。 汽車點火線圈高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭第23頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式無觸點汽車電子點火裝置工作原理 桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖 1-觸發(fā)器葉片 2-槽口 3-分電器轉軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC） a）

10、帶缺口的觸發(fā)器葉片 b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關系 c）葉片位置與點火正時的關系 第24頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式無觸點汽車電子點火裝置(續(xù)） 汽車電子點火電路及波形 1點火開關 2達林頓晶體管功率開關 3點火線圈低壓側 4點火線圈鐵心 5點火線圈高壓側 6分火頭 7火花塞 a）電路 b）霍爾IC及點火線圈高壓側輸出波形 第25頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式無觸點汽車電子點火裝置(續(xù)） 當葉片遮擋在霍爾IC面前時，PNP型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關處于導通狀態(tài)，點火線圈低壓側有較大電流通過

11、，并以磁場能量的形式儲存在點火線圈的鐵心中。 當葉片槽口轉到霍爾IC面前時，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖剑浄聪嘧優(yōu)榈碗娖?，達林頓管截止，切斷點火線圈的低壓側電流。由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側感應出3050kV的高電壓。 第26頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日汽車電子點火裝置使用的點火控制器、霍爾傳感器及點火總成磁鐵點火總成第27頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式無刷電動機 霍爾式無刷電動機取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來檢測轉子和定子之間的相對位置，其輸出信號控制電樞電流的換向，維持電動機的正常運轉。 由

12、于無刷電動機不產生電火花及電刷磨損等問題，所以它在錄像機、CD唱機、光驅等家用電器中得到越來越廣泛的應用。 普通直流電動機使用的電刷和換向器第28頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日無刷電動機在電動自行車上的應用 電動自行車可充電電池組無刷電動機第29頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日無刷電動機在電動自行車上的應用 無刷直流電動機的外轉子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料；三個霍爾位置傳感器產生六個狀態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功率管通斷，使三相內定子線圈與外轉子之間產生連續(xù)轉矩。具有效率高、無火花、可靠性強等特點。第30頁，共49頁，2022年，5月20日

13、，21點39分，星期日電動自行車的無刷電動機及控制電路 去速度控制器 利用PWM調速第31頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日光驅用的無刷電動機內部結構第32頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式接近開關 當磁鐵的有效磁極接近、并達到動作距離時，霍爾式接近開關動作。霍爾接近開關一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。第33頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式接近開關 用霍爾IC只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。 當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，使繼電器吸合或釋放，

14、控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾IC），起限位的作用。 第34頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式接近開關用于轉速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵分流翼片 開關型霍爾IC T第35頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾電流傳感器 將被測電流的導線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當有電流通過導線時，在導線周圍將產生磁場，磁力線集中在鐵心內，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產生與電流成正比的霍爾電壓。第36頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾電流傳感器演示鐵心 線性霍爾IC EH=KI I I所實現的多媒體界面：

15、I第37頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日其他霍爾 電流傳感器第38頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日其他霍爾電流傳感器（續(xù)）第39頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌豁口第40頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾鉗形電流表演示直流200A量程被測電流的導線未放入鐵心時示值為零70.9A第41頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開， 導線由此穿過霍爾鉗形 電流表演示霍爾鉗形 電流表演示霍爾鉗形 電流表演示70.9A第42頁，

16、共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾鉗形電流表的使用被測電流的導線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心手指按下此處，將鉗形表的鐵心張開將被測電流導線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中 將空調電源的“三芯護套線”夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中，鉗形表的示值為多少？為什么？第43頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾鉗形電流表的使用（續(xù)） 叉形鉗形表漏磁稍大，但使用方便 用鉗形表測量 電動機的相電流第44頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾式電流諧波分析儀 被測電流的諧波頻譜鐵心的 開合縫隙 鐵心的 杠桿壓舌第45頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾電流傳感器的技術指標某型號霍爾電流傳感器技術指標 額定輸入電流：300A額定輸出電：41% V電源電壓： 155% V失調電壓： 25 mV失調電壓漂移：1mV/線性度： 1%FS響應時間：7S絕緣電壓：50HZ，1min，2.5 KV工作溫度：-10+70 匝數比：1：2000 第46頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日閉環(huán)霍爾電流傳感器的原理電路第47頁，共49頁，2022年，5月20日，21點39分，星期日霍爾電流傳感器的技術指標與計算 “