霍尔效应传感器应用指南亚博尊贵会员

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回答常见的传感器IC技术问题，如“什么是霍尔效应?”

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems采用最新的集成电路技术，结合百年霍尔效应，生产霍尔效应传感器ic。这些是非接触式磁激活开关和传感器集成电路，具有简化和改进电气和机械系统的潜力。

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• 低成本简化开关
• 高效，有效，低成本的线性传感器集成电路
• 适用于崎岖路段的敏感电路
• 亚博尊贵会员
• 霍尔效应是如何起作用的?
• 线性输出霍尔效应器件
• 数字输出霍尔效应开关
• 操作
• 特点和公差
• 开始
• 分析
• 总有效气隙(TEAG)
• 的操作模式
• 陡坡和高通量密度
• 叶片断续器开关
• 数字霍尔器件的电接口
• 通用接口电路
• 霍尔开关用旋转激活器
• 霍尔开关用环形磁铁亚博尊贵会员
• 双极型数字交换机
• 数字锁存
• 平面和垂直霍尔装置
• 环形磁体
• 温度效应
• 一个便宜的选择
• 环磁铁选择
• 黑色叶片旋转激活器
• 运转中的黑色叶片
• 转子设计
• 材料
• 叶片/窗口宽度，转子尺寸
• 用于一致开关的陡峭磁斜坡
• 陡坡小气隙
• 熔剂浓缩器可获得红利
• 操作点的温度稳定性
• 计算停留角和占空比变化
• 轴承磨损的影响
• 安装也会影响稳定性
• 交
• 增强的考虑
• 个人校准技术
• 操作方式:正面和滑动
• 工作模式增强:复合磁铁
• 有偏见的操作
• 改进磁路提高磁通密度
• 通量集中器
• 通孔
• 磁铁的选择
• 先进的应用程序亚博尊贵会员
• 限流和测量电流传感器集成电路
• 多应用程序亚博尊贵会员
• 线性传感器i亚博尊贵会员c的其他应用
• 使用校准设备
• 术语表

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低成本简化开关

简化开关是霍尔传感器IC的强项。霍尔效应IC开关将霍尔电压发生器、信号放大器、施密特触发电路和晶体管输出电路组合在一个集成电路芯片上。输出干净，快速，开关无弹跳(机械开关固有的问题)。霍尔效应开关通常以高达100千赫的重复频率工作，并且比许多常见的机电开关成本更低。

高效，有效，低成本的线性霍尔效应传感器ic

线性霍尔效应传感器IC检测电磁铁、永磁体或具有外加偏压的铁磁材料的运动、位置或场强的变化。能源消耗很低。输出是线性的，温度稳定。传感器IC的频率响应平坦到约25 kHz。

霍尔效应传感器IC比电感式或光电式传感器效率更高，而且成本更低。

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适用于崎岖路段的敏感电路

霍尔效应传感器IC几乎不受环境污染物的影响，适合在恶劣的使用条件下使用。该电路非常灵敏，在紧密公差应用中提供可靠的重复操作。亚博尊贵会员

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亚博尊贵会员霍尔效应集成电路的应用包括点火系统、速度控制、安全系统、校准控制、千分尺、机械限位开关、计算机、打印机、磁盘驱动器、键盘、机床、按键开关和按钮开关。它们也被用作转速计拾取器，电流限制开关，位置探测器，选择开关，电流传感器，线性电位器，旋转编码器，和无刷直流电机换向器。

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采用霍尔是什么?

基本霍尔元件是一小片半导体材料，称为霍尔元件活动区域，如图1所示。

如图2所示，恒压源施加恒定偏置电流I_偏见，以流动在半导体片。输出采用电压V的形式_大厅，测量的是床单的宽度。没有磁场时，V_大厅具有可以忽略的价值。

如果将偏压霍尔元件置于磁场中，磁通线与偏压电流成直角(见图3)，则输出电压与磁场强度成正比变化。这就是霍尔效应，由e·f·霍尔在1879年发现。

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线性输出霍尔效应器件

基本霍尔元件的输出电压非常小。这可能会带来问题，特别是在电噪声环境中。在电路中增加一个稳定的、高质量的直流放大器和稳压器(见图4和图5)，提高了换能器的输出，并允许设备在较大的电源电压范围内工作。改进的器件提供了一个易于使用的模拟输出，是线性的，与应用磁通密度成比例。

关于Allegro的线性输出设备的最新列表，请访问:线性位置传感器集成电路．

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数字输出霍尔效应开关

如图6所示，增加了内置迟滞的施密特触发阈值检测器，使霍尔效应电路具有数字输出能力。当施加的磁通密度超过一定限度时，触发器提供从关到开的干净过渡，没有触点反弹。内置迟滞消除振荡(输出的虚假开关)通过引入一个磁死区，在该死区中开关动作在阈值通过后被禁用。

将开集电极NPN或n通道FET (net)输出晶体管添加到电路(见图7)，使开关具有数字逻辑兼容性。晶体管是一种饱和开关，只要施加的磁通密度高于器件的接通脱扣点，它就使输出端短接到地。该开关与所有数字家庭兼容。输出晶体管可以吸收足够的电流直接驱动许多负载，包括继电器，可控硅，可控硅，led和灯。

图7所示的电路元件，在单片硅片上组装，封装在小环氧树脂或陶瓷封装中，是所有霍尔效应数字开关的通用元件。设备类型之间的差异通常体现在磁性参数、工作温度范围和温度系数等规格上。

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操作

所有的霍尔效应装置都是由磁场激活的。必须提供用于设备和电气连接的安装座。负载电流、环境条件和电源电压等参数必须在数据表中显示的特定限制内。

磁场有两个重要特征:磁通密度B(本质上是磁场强度)和磁场极性(北或南)。对于霍尔器件，相对于器件有源区域的磁场方向也很重要。霍尔器件的有源区(霍尔元件)嵌入在与封装的某一特定面平行且略位于其内部的硅芯片上。那张脸被称为品牌的脸因为它通常是用零件号标记的表面(每个设备的数据表指示从标记表面的活动区域深度)。为了最佳地操作开关，磁通线必须垂直穿过有源区域(平面霍尔器件的标记面，或垂直霍尔器件的敏感边缘)，并且在穿过时必须具有正确的极性。因为活动区域更接近于标记面，而不是它是在案件的背面，并暴露在芯片的标记面一侧，使用这个方向产生一个更干净的信号。

在没有任何明显的外加磁场的情况下，大多数霍尔效应数字开关被设计为关闭(输出时开路)。只有在磁场有足够的磁通密度和正确的极性在适当的方向下，它们才会打开。例如，在开关中，如果靠近标记面的南极会引起开关动作，那么北极就不会产生任何影响。在实践中，接近平面霍尔开关的标记面或沿垂直霍尔开关的敏感边缘的小永磁体的南极(见图8)导致输出晶体管打开。对于一个3D霍尔开关，输出(s)将打开与磁铁从任何方向接近。

传输特征图可以用来绘制这些信息。图9和图10显示了输出作为磁通量密度B的函数(测量单位为高斯，G;1 G = 0.1 mT)呈现给霍尔元件。磁通量密度显示在横轴上。霍尔开关的数字输出沿垂直轴显示。注意，这里应用了一种代数惯例，即增强的南方极性场表示为正B值的增加，而增强的北方极性场表示为负B值的增加。例如，+ 200b场和- 200b场强度相同，但极性相反(分别为南、北)。

如图9所示，在没有外加磁场(0 G)的情况下，开关关闭，由于外部上拉电阻的作用，输出电压等于电源(12 V)。然后将永磁体南极垂直移动到该装置的有源区域。当磁铁南极接近开关的标记面(对于平面霍尔器件)或敏感边缘(对于垂直霍尔器件)时，霍尔元件暴露在不断增加的正磁通量密度下。在某个点(在这种情况下是240 G)，输出晶体管打开，输出电压接近0v。这个通量密度的值叫做操作点B_人事处．继续增加场强没有效果;开关已经打开了，并且一直开着。可应用于霍尔效应传感器的磁场强度没有上限。

为了关闭开关，磁通密度必须下降到远低于240g工作点的值，因为设备的内置滞后(这些类型的图表有时被称为滞后的图表)．对于这个例子，我们使用90g的迟滞，这意味着当磁通密度降低到150g时，设备关闭(图10)。这个通量密度的值叫做放球点B_RP．

为了获得这个图的数据，添加一个电源和一个上拉电阻来限制通过输出晶体管的电流，使输出电压值接近0v(见图11)。

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特点和公差

打开和关闭霍尔开关所需的确切磁通密度值因几个原因而不同，包括设计标准和制造公差。极端温度也会在一定程度上影响操作和释放点，通常称为开关阈值或开关点。

对于每种设备类型，操作值、释放值和迟滞量的最差磁特性都在数据表中提供。

所有开关都保证在最大操作点磁通密度或低于最大操作点磁通密度时开启。当磁场减小时，所有器件将在磁通密度下降到最小释放点值以下之前关闭。保证每个设备至少具有最小的迟滞量，以确保干净的开关动作。这种滞回确保，即使存在机械振动或电噪声，开关输出是快速的，干净的，并且只发生一次阈值跨越。

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开始

因为电气接口通常是直接的，霍尔效应系统的设计应该从物理方面开始。在位置传感或运动传感应用中，应回答以下问题:亚博尊贵会员

• 有多少和什么类型的运动?
• 需要什么角度或位置精度?
• 有多少空间可用于安装感应装置和激活磁铁?
• 在移动装配中有多少发挥作用?
• 在机器的使用寿命中，可以预期多少机械磨损?
• 该产品是批量生产的组件，还是可以单独调整和校准的有限数量的机器?
• 预计会出现怎样的极端气温?

从长远来看，仔细的分析将带来巨大的收益。

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分析

应该研究磁体的磁场强度。磁场的强度在磁极面上最大，随着与磁体距离的增加而减小。磁场强度可以用高斯计或校准的线性霍尔传感器IC测量，它是沿磁体预定行程线的距离的函数。霍尔器件规格(线性器件的灵敏度以mV/G为单位，数字器件的操作和释放点以高斯为单位)可用于确定特定磁铁和运动类型的临界距离。注意，这些场强图不是线性的，磁通密度曲线的形状很大程度上取决于磁体形状、磁路和磁体走过的路径。

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总有效气隙(TEAG)

总有效气隙(TEAG)，是总和活动区域深度(AAD，霍尔元件在标识面/设备边缘以下的深度)和气隙(AG，包装表面与磁铁或目标表面之间的距离)。AG是一种机械间隙，应尽可能小，与磁铁的尺寸公差、轴承公差、轴承磨损和霍尔开关安装支架的温度影响一致。图12A是TEAG的通量密度函数图，说明了由更薄的封装(Allegro UA封装的AAD约为0.50 mm)提供的传感器IC的通量密度的显著增加。实际增益主要取决于应用中所使用的特定磁铁的磁通密度的特征斜率。注意，该图还显示了其他物理因素对通量密度的影响，如包的贡献从设备本身，以及从应用中传感器组件的任何过模或保护层。

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的操作模式

即使是一个简单的棒状或棒状磁铁，也有几种可能的运动路径。磁极可以在平面霍尔装置的标记面或垂直霍尔装置的敏感边缘垂直直线移动。这叫做正面的操作方式。图12B中的曲线说明了圆柱形磁铁的典型磁通密度(单位为高斯)与TEAG的函数关系。

正面模式简单，工作良好，对横向运动相对不敏感。设计人员应该意识到，如果发生碰撞，机构的过度延伸可能会对霍尔装置的环氧封装造成物理损伤。

第二种配置是穿过霍尔设备从一侧到另一侧移动磁铁，平行于设备包装的标记面或敏感边缘。这被称为削减操作模式，如图13所示。注意，现在画在图表横轴上的距离不是总有效气隙，而是从磁铁中心线到有效面积中心线的垂直距离。指定气隙是因为其明显的机械重要性，但请记住，要进行任何涉及通量密度的计算，必须添加封装贡献，并像以前一样使用TEAG。滑动模式通常用于避免接触，如果可能过度延伸的机构。在设计良好的滑动磁路中使用强磁体和/或铁磁通量集中器，与正面模式相比，具有更好的传感精度和更短的磁体行程。

磁铁制造商通常可以为他们的磁铁提供正面的磁通密度曲线，但他们通常不为滑动操作描述磁通密度曲线，可能是因为不同的气隙选择导致无穷多的这种曲线。然而，在选定气隙后，通过注意总有效气隙处的值，可以使用随时可用的正面磁曲线来查找滑片应用中的峰值磁通密度(单点)。

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陡坡和高通量密度

对于线性霍尔器件，在给定的位移下，更大的通量变化会带来更大的输出，这显然是一个优势。同样的属性也适用于数字霍尔设备，但原因更为微妙。为了在给定的应用中实现一致的开关动作，霍尔器件必须在相对于磁铁的相同位置上开和关开关。

为了说明这个概念，考虑两种不同磁铁构型的磁通密度曲线，如图14所示。在操作点通量密度为200 G的情况下，数字霍尔效应装置在两种情况下都将在大约3.6毫米的距离开启。如果制造公差或温度影响将操作点转移到300g，请注意，对于曲线A(陡坡)，开关发生的距离变化很小。在曲线B的情况下，变化是相当大的。释放点(未显示)也会以同样的方式受到影响。本例中说明的基本原理可以修改，以包括机构和设备规格公差，并可用于最坏情况设计分析。这个过程的示例将在后面的小节中展示。

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叶片断续器开关

在这种模式下，激活磁铁和霍尔装置安装在一个单一的刚性组件上，它们之间有一个小的气隙。在这个位置，霍尔器件被激活磁铁保持在开状态。如果是铁磁板，或叶片，放置在磁铁和霍尔装置之间，如图15所示，叶片形成磁分流，使磁通场偏离霍尔装置。

使用可动叶片是霍尔装置开关的一种实用方法。霍尔器件和磁铁可以作为一个单元模压在一起，从而消除对准问题，以生产一个非常坚固的开关组件。中断通量的黑色叶片或叶片可以有直线运动，或旋转运动，如在汽车分电器。黑色叶片组件，由于可以实现陡峭的通量密度/距离曲线，通常用于需要在大温度范围内进行精确切换的地方。

黑色叶片可以制成多种配置，如图16所示。使用类似于图16B的线性叶片，可以在125°C的温度范围内重复检测0.05 mm内的位置。

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数字霍尔器件的电接口

数字霍尔开关的输出级通常是开集电极NPN晶体管(见图17)。使用规则与任何类似开关晶体管的使用规则相同。某些数字霍尔器件，特别是微功率器件，可能具有使用MOSFET器件构造的推拉输出级。这些设备不需要外部上拉电阻。详细信息请参阅设备数据表。

当晶体管关闭时，有一个通常可以忽略的小输出泄漏电流(通常是几个纳安培)和一个最大(击穿)输出电压(通常是24 V)，这个电压不能超过。

当晶体管打开时，输出短路到电路公端。外部必须将流经开关的电流限制在最大值以下(通常为20ma)，以防止损坏。通过开关的电压降V_CE(坐))，输出电流越高，输出电流越大。确保此电压与待控制电路的off-state(或逻辑低)电压兼容。某些数字霍尔传感器，例如那些针对汽车应用的传感器，有内置的电流限制，保护输出级。亚博尊贵会员详细信息请参阅设备数据表。

霍尔器件切换非常快，典型的上升和下降时间在400纳秒范围内。这很少是关键，因为开关时间几乎普遍由慢得多的机械部件控制。

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通用接口电路

图17显示了霍尔数字开关的简化示意图符号。这将使进一步的解释更容易理解。

与数字逻辑集成电路的接口通常只需要一个适当的电源和上拉电阻。

对于电流衰减逻辑家族，如DTL或流行的7400 TTL系列(图18A)，霍尔开关在打开时只需向公共电路吸收一个单位负载的电流(TTL的最大值为1.6 mA)。在CMOS门的情况下(图18B)，除了开关瞬态，唯一流动的电流是通过上拉电阻(在这种情况下约0.2 mA)。

通常情况下，需要下沉电流高达20毫安的负载可以直接由霍尔开关驱动。

一个很好的例子是发光二极管(LED)指示器，它只需要一个电阻就可以将电流限制到适当的值。如果LED在20ma电流下下降1.4 V，在12v电源下使用所需的电阻可以计算为:

最接近的标准值是560 Ω，得到图19所示的电路。

下沉电流大于20ma需要一个电流放大器。例如，如果要切换的某个负载需要4a，并且必须在激活磁铁接近时打开，则可以使用图20所示的电路。

当霍尔开关关闭(没有足够的磁通来操作)时，大约12毫安的基极电流通过1 kΩ电阻流到Q1晶体管，从而使其饱和并使Q2基极短路到地，从而保持负载不受影响。当一个磁铁靠近霍尔开关时，它打开，使Q1的底部短路到地面并关闭。这允许:

流到Q2，这足以饱和任何负载电流为4a或更少。

霍尔开关可以通过配置外部晶体管为负载提供开或关状态的电流。例如，图21是在一个应用程序中使用继电器打开115或230 VAC负载时，在接通状态下提供电流的示例。

典型的12v线圈继电器需要一个40 - 60ma之间的电流驱动器(这因继电器而异)来触发它到接通状态，此时高压触点闭合。这可以通过适当大小的PNP晶体管来实现，如图21所示。

当霍尔开关打开时，9ma的基极电流从PNP晶体管的基极流出，从而使其饱和，并允许它驱动足够的电流触发继电器。当霍尔开关关闭时，没有基极电流从PNP流出，PNP关闭并防止线圈电流通过继电器。当霍尔开关被禁用时，4.7 kΩ电阻作为PNP底座上的拉起使其关闭。在继电器线圈上放置一个自由二极管，以保护PNP集电极免受突然关闭PNP所导致的开关瞬变。注意+ 12v电源公共与交流线路的中性线隔离。这是一种相对安全的方式切换高压交流负载与低压直流电路。和往常一样，在处理交流线路电压时要非常小心，并采取适当的安全预防措施。

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霍尔开关用旋转激活器

一个常见的应用涉及到霍尔开关的使用，以产生与旋转轴的速度、位移或位置成比例的数字输出。用于旋转应用的激活磁场可以通过以下两种方式提供:亚博尊贵会员

(a)磁性转子组件

激活磁铁固定在轴上，固定霍尔开关每通过一个磁南极就被激活(图22，面板a)。如果需要每转几次激活，有时可以通过成型或切割塑料或橡胶磁性材料以廉价的方式制造转子(参见一个便宜的选择部分)。

环形磁铁也可以使用。环形磁体是在市场上可以买到的圆盘形磁体，磁极围绕周长间隔。他们操作霍尔开关可靠和合理的成本。环形磁铁确实有局限性:

• 极点布置的精度(通常在2或3度以内)。
• 极强度均匀性(±5%或更差)。

在需要精确开关的应用中必须考虑这些限制。亚博尊贵会员

(b)黑色叶片转子总成

在这种配置中，霍尔开关和磁铁都是静止的(图22，面板B)。转子中断并分流磁通(见图15)通过每个黑色叶片。

叶片开关往往比环形磁铁稍贵一些，但由于黑色叶片的尺寸和配置可以仔细控制，它们通常用于需要精确开关或占空比控制的应用。亚博尊贵会员

适当设计的叶片开关可以有非常陡峭的通量密度曲线，在宽温度范围内产生精确和稳定的开关动作。

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霍尔开关用环形磁铁亚博尊贵会员

适合霍尔开关使用的环形磁铁很容易从磁铁供应商处获得各种不同的材料和配置。极点可以是径向的(图23，面板A)或轴向的(图23，面板B)，在一个25毫米直径的环上有多达20个极点对。对于给定的尺寸和极数，具有轴向极的环形磁体有较高的磁通密度。

最常用的材料是橡胶或塑料基体材料中的各种铝镍钴、陶瓷和钡铁氧体(见表4)．制造商通常有库存尺寸，可以选择极对的数量。定制配置也可以以更高的价格获得。

铝镍钴(Alnico)是指一些具有相当广泛的磁性能的铝镍钴合金。一般来说，Alnico环磁体的通量密度最高，磁场强度随温度变化的变化最小，成本最高。它们通常很难成型，除非通过研磨，而且相当脆，这使轴承或杆的安装复杂化。

陶瓷环磁铁(商品名Indox, Lodex)的磁通密度(磁场强度)比Alnicos略低，而且它们的磁场强度随温度的变化更大。然而，它们的成本相当低，并具有很强的抗外部磁场退磁能力。这种陶瓷材料能抵抗大多数化学物质并具有很高的电阻率。和Alnicos一样，它们可以承受远高于霍尔开关和其他半导体的温度，如果需要重新成型或修整，则必须接地。他们可能需要一个支撑杆，以减少机械应力。

橡胶和塑料钡铁氧体环磁体在成本、熔剂密度和温度系数方面大致与陶瓷1相当，但用传统方法成形时足够柔软。也有可能模具或压到轴上的一些应用。亚博尊贵会员它们确实有温度范围的限制，从70°C到150°C，这取决于特定的材料，而且它们的场强随温度的变化比铝镍科或陶瓷更大。

无论材料如何，环形磁体在磁极放置的精度和磁极强度的均匀性上都有限制，这反过来又限制了输出波形的精度。评估表明，在橡胶，塑料和陶瓷磁体的极点放置通常在±2°或±3°的目标，但测量到±5°的误差。磁极之间通量密度的变化通常为±5%，虽然观测到的变化可达±30%。

图24是一个典型的四极对陶瓷环形磁铁，直径25.4 mm，总有效气隙TEAG为1.7 mm (1.3 mm间隙加上0.4 mm封装贡献)的磁通量密度的角位置函数图。它很清楚地显示了极点布置的误差和极点之间强度的变化。

环形磁铁的一个常见问题是确保足够的磁通密度以实现可靠的开关。对于给定尺寸的环，在极对的数量和通量密度之间存在权衡。因此，有更多数量的极点的环有较低的通量密度。TEAG应保持在最小值，因为对于许多普通环形磁铁来说，霍尔活性区域的磁通密度每毫米可降低约200至240克。这清楚地显示在图25中，这是一个典型的20极对塑料环形磁铁在极点处的磁通密度作为TEAG函数的图形。

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双极型数字交换机

双极开关具有一致的迟滞，但单个单元的开关点出现在相对更正或更负的范围内。这些器件在使用紧密间隔、交替的南北磁极(如环形磁体)的地方找到了应用，导致最小的磁信号振幅ΔB，但磁场极性的交替确保了切换，一致的迟滞确保了周期性。

双极开关的一个例子是具有最大操作点B的设备_人事处(最大)，45g，最小释放点，B_RP(min)， - 40g，最小迟滞量，B_沪元(min)，为15 g_人事处(min)，可低至- 25g，最大释放点为B_RP(最大值)，可高达30g。图26A显示了具有这些开关点的假设设备的单元的这些特性。在图26A的顶部，跟踪“Minimum ΔB”演示了如何小的振幅可以导致可靠的开关。“单极模式”单元的开关点完全在正(南)范围内，“负单极模式”单元的开关点完全在负(北)范围内，而“锁存模式”单元的开关点横跨南北范围(行为就像一个数字锁，在下一节中描述的霍尔设备类型)。从V可以看出_出图26A底部的痕迹，对于每一种可能性，输出的占空比是不同的，但在每极交替的一致开关是可靠的。

在前面亚博尊贵会员讨论的其他类型设备的应用中，霍尔开关是通过磁南极的接近(正磁通)来操作(打开)的。当南极被移走(磁通量密度接近零)时，霍尔开关必须释放(关闭)。在环形磁铁上，北极和南极都以交替的方式存在。释放点通量密度变得不那么重要，因为如果霍尔开关在通量密度接近零时没有关闭(南极已经通过)，那么当接下来的北极导致通量密度为负时，霍尔开关肯定会关闭。双极霍尔开关利用了释放点磁通值的这一额外裕量来实现较低的操作点磁通密度，在环形磁铁应用中具有明显的优势。亚博尊贵会员

Allegro双极开关的当前列表可以在:霍尔效应锁存和双极开关．

双极数字开关设计实例

考虑到:

• Allegro UA封装中的双极霍尔开关:有效区域深度，AAD，(和封装贡献)0.50 mm，
• 气隙，AG，(必要的机械间隙)0.76 mm，
• 工作温度范围-20°C至85°C，
• 最大操作点，B_人事处， 200 G(从-20°C到85°C)，和
• 最小释放点，B_RP， -200 G(-20°C至85°C)。

1. 求总有效气隙TEAG:
2. Teag = ag + aad
3. TEAG = 0.76 mm + 0.50 mm = 1.26 mm
4. 确定必要的磁通密度B，足以操作霍尔开关，加上40%。
   为了操作霍尔开关，在整个工作温度范围内，磁铁必须在1.26 mm的距离上提供最小±200 G的电流。良好的设计实践要求添加额外的焊剂，为老化、机械磨损和其他不可估量的因素提供一定的余量。在100g(一个合理的数字)的衬垫下，磁铁要求在1.26 mm的距离内，在整个工作温度范围内提供±300g的电流。

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数字锁存

不像双极开关，它可以释放与南极或北极，闩锁(这是固有的两极)提供了更精确的控制操作和释放参数。这个霍尔集成电路被设计成只有一个南极才能运行(接通)。然后，当南极被移走时，它将保持在上面。为了有双极闩锁释放(关闭)，它必须提供一个北磁极。当设计得当时，这种南北极交替操作产生的占空比接近50%，如图26B所示。

Allegro提供了广泛的霍尔效应锁扣的选择，专门为需要严格控制占空比的应用设计，如在无刷直流电机换向。亚博尊贵会员锁存器也可以在轴编码器、速度计元件和转速计传感器等应用中找亚博尊贵会员到。有关Allegro锁存传感器ic的当前列表，请访问:霍尔效应锁存和双极开关．

平面和垂直霍尔装置

平面和垂直传感器基于相同的物理现象(霍尔效应)，但结构不同，因此根据磁场对器件的方向不同，对磁场的感知也不同。平面霍尔器件是由霍尔元件与芯片在同一平面上构成的;它能感应到垂直于其烙印面部的磁场。垂直霍尔器件构造的霍尔元件垂直于芯片的平面;它可以感知垂直于其定义的敏感边缘的磁场(相对于包装的商标面，顶部、右侧或左侧)。

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环形磁体

温度效应

不幸的是，磁体强度在一定程度上受温度的影响。一些常用磁性材料的温度系数见表1。

表1。温度效应
材料	温度系数
橡胶/塑料	-0.2%到-0.3%每°C
陶瓷1	-0.15%至-0.2%每°C
铝镍钴合金2、5	-0.02% ~ -0.03% /℃
铝镍钴合金8	±0.01%°C

当考虑最坏情况下温度系数为-0.2% /°C的陶瓷环形磁铁时，在室温下增加一些额外的磁通密度，以确保在+85°C下每个南极仍有300g的磁通密度。这个数量是:

因此，保证霍尔开关在超过温度时工作的通量密度为+25°C时每南极300g + 36g = 336g。

对北极的要求遵循相同的程序。如果磁铁在+85°C时每南极提供300 G，每北极提供-300 G，那么在-20°C时，由于负温度系数，它将为每北极提供更多的磁通密度。

在温度亚博尊贵会员条件较恶劣的应用中，铝镍钴磁体比陶瓷磁体要好得多。也可以订购定制霍尔开关的规格定制的应用程序。例如，指定在特定温度下的操作点和释放点的范围，如果更适合于应用，则使用操作点和释放点的温度系数。在定制的基础上，霍尔开关可提供操作和释放点温度系数小于0.3 G/℃，操作点磁通密度小于100 G的开关。

如果打算使用低成本，低通量密度环形磁铁，那么在Allegro UA包(SIP, 1.55 mm总厚度)中的设备将是一个很好的选择。AAD为0.50 mm，这导致了来自磁铁的峰值磁通密度的显著改善，如图25所示。如果需要更小的封装或更紧密的气隙，LH封装(SOT23-W)整体更小(总厚度为1mm)， AAD为0.28 mm。

如果您打算使用低成本，低通量密度环形磁铁，那么在Allegro UA包(1.55毫米总厚度)的设备将是一个很好的选择。AAD为0.50 mm，这导致了来自磁铁的峰值磁通密度的显著改善，如图25．

如果转子驱动器可以承受增加的转矩要求，考虑亚铁通量集中器。用这种方式可以增加10%到40%的通量密度。厚度为0.8毫米的软钢浓缩器，与霍尔设备外壳的背面尺寸相同，并与之胶合，可使熔剂密度增加约10%。从设备背面到相邻极点的软钢返回路径可以增加更多。安装支架和磁通集中器的功能通常可以组合在一起(参见图59一个例子)。

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一个便宜的选择

创新的设计可以产生意想不到的好结果。橡胶和塑料磁铁库存是一片片的。薄片的一面是磁北;另一边是南边。这种材料相对便宜，可以冲压或模切成各种形状。

这些特性促使一位设计师制造了一种工作非常好的廉价磁转子组件。橡胶磁铁股票模切成星形转子形式，如图27所示。尼龙衬套形成轴承，如图28所示。

最后，一个薄的软钢垫板被安装在组件的后面，以提供机械强度，并帮助引导通量从对面的北极返回。这实际上在牙齿之间形成了明显的北极;测得的南极齿间通量为负。图29显示了完成的磁转子组件，本质上是一个环形磁体与轴向极。

霍尔开关安装与它的活动表面接近转子组件的顶部，面向标记的极点。这种方法有一些通用性，因为不对称的极点可以用来制造一个转子，将允许修剪的时间，从而作为一个定时凸轮工作。图30显示了一个凸轮定时器调整为180°开和180°关。

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环磁铁选择

在与磁铁供应商讨论申请时，应考虑以下事项:

• 机械因素
• 尺寸和公差
• 安装孔类型和最大偏心
• 转速
• 机械支持
• 膨胀系数
• 磁因素
• 极点:数量、方向和放置精度
• 给定TEAG时的磁通密度(记得将霍尔开关包贡献加入间隙图中)
• 磁温度系数
• 环境因素
• 材料对工作环境的耐受性(温度、化学溶剂、电势)

下面的图中包括几种典型环形磁体的磁通密度曲线，以说明不同尺寸和材料的磁通密度曲线。图31显示了一个尺寸和材料与之相似的圆环的曲线图25，但使用10极对而不是20极对(注意增加的磁通密度值)。图32显示了单极对Alnico 8环的曲线。

图33显示了三极对陶瓷1环的曲线。图34显示了四极对陶瓷1环，带和不带亚铁助焊剂集中器的曲线。对环形磁铁的进料检验总是可取的。通过使用商用高斯计或安装在方便的测试夹具中的校准线性霍尔装置进行测量，可以确保磁铁在商定的磁性规格内。校准霍尔设备和技术援助可以从快板．

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黑色叶片旋转激活器

黑色叶片转子组件是磁性转子的替代霍尔旋转开关应用。亚博尊贵会员如前所述，一个单一的磁铁将保持霍尔开关上，除非当一个转子叶片中断磁通路径和分流磁通路径远离霍尔开关。使用单个固定磁铁，通过消除环形磁铁的变化，位置和强度，允许非常精确的开关。与环磁体上均匀间距的磁极不同，转子叶片的宽度可以是多种多样的。可以改变霍尔开关的关闭和打开时间，这使设计者可以控制输出波形的占空比。铁叶转子是一个很好的选择，精确开关需要在大范围的温度。当叶片通过磁铁和霍尔开关之间，越来越多的磁通将被阻塞或分流。横向位置的微小变化对过渡点的影响很小。

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运转中的黑色叶片

图35结合了一个铁叶片磁铁/霍尔开关系统的视图和磁通密度作为该系统产生的叶片行程的函数图。请注意，图纸和图表是沿水平轴垂直对齐的。位置测量从叶片前缘到磁铁/霍尔装置中心线。

最初，当导叶完全位于磁铁的左侧时，导叶没有任何作用，磁通密度在元件处的最大值为800g。当导叶前缘靠近磁铁时，导叶的分流效应使磁通密度几乎呈线性下降。当导叶通过装置中心线时，磁铁被导叶覆盖，磁通密度最小。当风向标继续运动时，它开始揭开磁铁。这使得通量增加到它的原始值。在此之后，附加的叶片行程对霍尔元件的通量密度没有进一步的影响。

由于磁场的存在，位于传感器IC位置的霍尔开关最初会是开的。在线性递减区域的某个地方，通量会下降到释放点以下，霍尔开关将关闭。它将保持关闭，直到增加的通量达到特定霍尔开关的操作点。回想一下，操作点磁通密度大于释放点磁通密度除以特定霍尔开关的滞回量。

霍尔开关保持关闭的时间间隔(从霍尔开关释放点的时间到下一个操作点)由叶片的实际宽度和磁斜坡的陡度以及霍尔开关的操作点和释放点磁通密度(开关点阈值)值决定。这个区间叫做有效的叶片宽度，它总是略大于物理叶片宽度。

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转子设计

两种常用的转子配置是圆盘和杯形，如图36所示。

该磁盘易于制作，因此常用于低容量应用，如机器控制。亚博尊贵会员必须考虑转子的轴向运动。叶片激活的开关可以很好地容忍这一点，但转子不能击中磁铁或霍尔开关。

杯形转子的制造难度更大，因此也更昂贵，但处理单一径向距离简化了计算，并允许对输出波形进行精确控制。对于杯形转子，径向轴承磨损或磨损是决定间隙的重要因素，而轴向磨损相对不重要。杯形转子在汽车点火系统中应用非常成功。在设计转子时，停留范围由叶片与窗口宽度的比值决定。在设计良好的系统中，燃点稳定性可以保持在±0.005度/摄氏度的分布度。

材料

叶片由低碳钢制成，以减少残余磁性，并提供良好的分流作用。叶片厚度的选择是为了避免它必须分流的磁通密度值的磁饱和。叶片材料通常在0.8 - 1.5毫米厚之间。

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叶片/窗口宽度，转子尺寸

一般来说，转子上最小的叶片和窗口应该至少是磁极宽度的1.5倍，以提供足够的分流作用，并在磁通密度的开关值之间保持足够的差异。

表2列出了三种情况下的最大磁通密度(以窗口为中心在磁铁上获得)、最小磁通密度(以叶片为中心在磁铁上)以及两者之间的差值:

• 叶片和窗口宽度与磁极宽度相同
• 叶片和窗口宽度的1.5倍磁极宽度
• 叶片和窗宽的两倍磁铁极宽

在每个样品中，磁铁为6.4 × 6.4 × 3.2 mm的钐钴，气隙为0.3 mm，转子叶片由1 mm的软钢坯料制成。

表2。不同叶片和窗口位置及相对尺寸处的磁通密度B
相对于Magent中心线的位置	相对于磁极面的叶片和窗口宽度因子
	1.0×	1.5×	2.0×
为中心的窗口	630克	713克	726克
叶片为中心	180克	100克	80克
窗口中心-风向标中心	450克	613克	646克

如果需要一个带有许多窗口和叶片的小转子，则必须使用一个微型稀土磁铁来确保可靠运行所需的足够的磁通密度。例如，一个2.5毫米立方钐钴磁铁使它实际制造直径31.8毫米的转子多达10个窗口和叶片。随着叶片的减少，甚至进一步缩小尺寸是可能的。

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用于一致开关的陡峭磁斜坡

对于大多数常见的叶片配置，通量密度与叶片行程的曲线图在过渡区域非常接近线性图35)．霍尔开关操作和释放点落在这些线性过渡区域，很容易看出，如果这些值改变，导致开关的叶片的位置也必须改变。图37显示了磁通密度作为两个不同磁路的叶片位置的函数。在一种情况下，磁斜率为98 G/mm。第二种情况是107 G/mm。

如果98 G/mm系统与霍尔开关一起使用，已知在25℃下操作点通量密度为300 G，在此温度下，当叶片超过窗口中心2.2 mm时，设备将接通。如果霍尔开关工作点在125℃(这表示霍尔开关温度系数为1 G/℃)下上升到400g，则叶片必须移动到离中心3.1 mm处，开关位置的变化约为1 mm。如果第二个系统的坡度为107 G/mm，使用同样的霍尔开关，操作点只会移动0.5 mm，或一半，因为坡度是原来的两倍。

典型的叶片系统的斜率从40 G/mm到590 G/mm不等，并受磁铁类型和尺寸、磁路和总有效气隙的影响。有趣的是，尽管滑动操作可以得到非常陡峭的斜坡，过渡点受横向运动(气隙的变化)的影响很大;因此，叶片通常用于涉及玩耍或轴承磨损的应用。亚博尊贵会员

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陡坡小气隙

气隙应该在机械系统允许的范围内尽可能小。需要考虑的因素有:

• 叶片材料厚度和叶片半径
• 最大偏心距(用于杯形叶片)
• 轴承公差和磨损
• 由于安装方面的考虑，气隙随温度的变化

在图38中，在一个叶片系统中使用了两种不同的钐钴磁铁，以说明气隙和磁铁尺寸变化的影响。注意，这里只显示下降过渡区域(上升过渡区域将是对称的)。水平轴上的距离已从叶片的前缘测量。

表3。图38的键 样品采用两个钐钴立方磁铁，Allegro U封装
图符号	气隙 (毫米)	过渡 地区的斜坡 (G /毫米)	集中器*使用
1	2.5	551	是的
2	2.5	388	没有
3.	2.5	354	是的
4	3．0	343	是的
5	2.5	307	没有
6	3．0	248	没有
7	3．0	220	是的
8	3．0	177	没有
*聚光器圆柱形，由低碳钢组成，Ø3.2 mm，长度6.4 mm，附着在Allegro U包装盒的非品牌表面

图38中使用的术语“气隙”不是总有效气隙，而只是从磁铁表面到霍尔开关表面的距离。它不包括包贡献。Allegro U组件通常用于黑色叶片应用，因为它具有较浅的活动区域深度。亚博尊贵会员

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熔剂浓缩器可获得红利

如果经济或尺寸方面的考虑决定使用图38中采样的较小磁铁，而机械方面的考虑决定使用较大的(3毫米)气隙，但产生的磁通密度和斜率(曲线8)不够好呢?图38中的曲线7显示了通过添加简单的助焊剂集中器可以实现的非常显著的改进。在这个例子中使用的是直径3.2毫米，长6.4毫米，固定在霍尔开关后面。

通量集中器设计实例

刚刚考虑的磁铁/集中器配置(曲线7，图38)似乎提供了很高的性能/成本比。下面是对其在使用直径63.5毫米的杯形转子的汽车点火系统中的使用的评价。

该应用的初始定时和较宽的工作温度范围要求，通常导致设计师指定定制霍尔开关的最小和最大工作或释放点为+25℃，加上这些参数在工作温度范围内的最大温度系数。

代表性的规格可能是:

• 25°C操作点，最小，B_人事处(min) = 300 G
• 25°C工作点，最大值，B_人事处(最大)= 450 G
• 25°C释放点，最小，B_RP(min) = 200 G

温度系数:

• ΔB_人事处/Δ T，最大值= 0.7 G/°C
• ΔB_RP/Δ T，最大值= 1 G/°C

固态霍尔效应点火系统可以设计成在霍尔开关的操作或释放开关点上点火。在本例中，系统在操作开关点点火，因此霍尔开关的操作点规格(在125°C下300到450 G之间)将决定火花初始时间的不确定性。机械系统也可能起作用，但这里不考虑这一点。

图39显示了传感器IC位置的测量通量密度作为叶片行程的函数。曲线的形状(只显示了过渡区域)需要解释。由于平坦的最小磁通和最大磁通的区域无关，因此在绘制下降过渡数据时，可以方便地从叶片前缘到磁铁中心线进行测量，在绘制上升过渡数据时，可以方便地从叶片尾缘到磁铁中心线进行测量。这就产生了一个曲线，它的外观就像在一个叶片经过磁体中心线时所获得的所有数据都被绘制出来，然后删除低通量区域，并将包含线性过渡区域的部分连接到一起。(平坦的高通量区域被简单省略。)

从这张图中，该系统过渡区域的磁斜率约为每毫米叶片移动223克。基于转子直径(63.5毫米)的计算表明，每分配器度数有0.55毫米的叶片行程。从图39中得到的223 G/mm的斜率相当于每个分布度125 G。从规范中可知，霍尔开关将在通量介于300g到450g之间时工作，留下150g的不确定性窗口。在25°C时，不确定度为:

如果改变了总有效气隙，则会增加初始时间不确定性，因为这将影响图39中磁通密度/叶片行程曲线的形状或斜率。需要考虑的因素是磁铁峰值能量的产品以及最终霍尔开关/磁铁组件的制造公差。

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操作点的温度稳定性

早期霍尔开关工作点温度系数约为0.2 G/°C。要将此转换为每摄氏度的分布度，请取:

因此，当温度变化100℃时，分电器正时变化0.16度。

典型的钐钴磁铁温度系数为-0.04% /℃。在这个速率下，25°C时375 G的磁场会在125°C时减少到360 G。将该速率应用于图39的数据(磁斜率为223 G/mm)，在图40中，系统在125°C下有额外的叶片行程要求。这可以计算为:

这转化为时间的变化:

温度变化为100°C。

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计算停留角和占空比变化

常规系统中的停留角是分频点闭合期间的分频度的数量。这对应于电流在点火线圈主绕组中流动的时间量。在本例中，电流从霍尔释放开关点的时间一直流到下一个操作开关点(有效叶片宽度)。出于怀旧的原因，假设一台八缸发动机，它需要一个有八个窗口和八个大小相同的叶片的分配器转子。因此，一个单一的窗口叶片段占用45分配器度和将点燃一个汽缸。假设一个典型的霍尔装置在25°C(图40中的a)和25°C释放点为375g(图40中的B)，从图40中我们发现，点火点将在叶片前缘通过磁铁中心线前1mm关闭，在叶片尾缘通过磁铁中心线后1.5 mm打开。计算有效叶片宽度比机械叶片宽度大多少，如下:

这使得停留角(45°+ 4.54°)= 49.54分布度在25°C。占空比为:

使用指定的最坏情况温度系数，计算新的操作和释放开关点在125°C为445 G(图40中的C)和360 G(图40中的D)。在+125°C时的停留角为:

占空比为:

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轴承磨损的影响

叶片的±0.3 mm径向运动，将其位置调整到霍尔开关的近似操作点，给出了±6g的测量变化。这转换为:

这相当于0.097曲轴度。

前

安装也会影响稳定性

在上面的例子中，假设霍尔开关和磁铁之间的物理关系是绝对稳定的。在实践中，如果要做到这一点，就必须谨慎地设计安装件。人们发现，用铝或黄铜的成型支架支撑磁铁或霍尔开关通常会给系统带来显著的与温度相关的误差。使用模塑塑料外壳已被证明是较好的安装技术之一。

前

交

双元件器件(包括平面和垂直元件组合使用的二维器件)是包含两个独立霍尔效应开关的集成电路。当与环形磁铁连接时，数字输出是失相的。这些信号可以被处理以确定目标的速度和方向。

为了使方向信号正确，霍尔元件的开关点必须充分匹配，并且目标磁极与两个霍尔元件(E1和E2)的间距之间必须保持正交关系。正交关系产生霍尔开关相分离
90°。为了获得最佳性能，该器件应该由环形磁铁驱动，该磁铁在器件的前面以两倍于霍尔元件到元件间距的极距呈现场。周期(T)等于极点螺距(P)的两倍，如图41和42和下面的等式所示。这将产生一个
正弦磁场，其周期对应于四倍于单元间间距。请参考产品数据表中有关特定设备的元素到元素的间距，因为该间距是特定于设备类型的。在下面的例子中，间距定义为1.63 mm:

对于P = 2 × 1.63 mm = 3.26 mm
T = 2 × 3.26 mm = 6.52 mm

二维双输出设备使用垂直和平面霍尔元素的组合来感知二维(2D)，提供独立于磁极间距的接近理想的正交信号;不需要优化。

增强的考虑

个人校准技术

在某些应用中，可亚博尊贵会员能要求叶片-霍尔装置组件在比霍尔装置实际操作点规范所能达到的更窄的叶片边缘位置范围内运行，例如，在点火分配器的例子中，如果需要减少初始授时窗口。一个解决方案是单独校准。可能的技术包括以下部分或全部:

• 通过改变磁铁位置来调节气隙
• 调整霍尔装置背面磁通集中器的位置
• 调整安装在霍尔装置背面的小偏压磁铁的位置
• 小增量地对磁铁退磁，这将降低磁斜率，从而增加温度效应
• 调整霍尔装置-磁铁组件相对于转子的位置，方法类似于旋转汽车分电器以改变定时

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操作方式:正面和滑动

最常见的操作模式是正面(参见图12 b)和幻灯片(参见图13)．正面模式是简单的和相对不敏感的横向运动，但不能用于机构的过度延伸可能损害霍尔装置。典型正反操作的磁通密度图(见图43)表明，当磁通密度值较低时，磁坡相当浅，这一缺点通常要求霍尔器件的操作和释放开关点的机构行程极长，对磁通变化极敏感。选择具有较高操作和释放性能的霍尔器件可以克服这一问题。

滑动模式也很简单，可以有相当大的坡度(约394 G/mmm)，并且没有机构超行程的问题。然而，它对横向作用非常敏感，因为通量密度随气隙的变化而显著变化。这在图44的曲线中可以清楚地看到，图中绘制了不同气隙下实际滑动操作的通量密度曲线。很明显，如果需要精确的开关，操作机构可以有很少的侧发挥。

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工作模式增强:复合磁铁

推拉

由于平面霍尔开关的活动区域接近包装的标识面，它通常是通过磁南极接近这个面来操作。也可以通过将磁北极应用到封装的背面来操作霍尔开关。虽然很少单独使用北极，但推拉配置(同时将南极应用于标记一侧，北极应用于背面)可以提供比任何单一磁铁都大得多的磁场强度(见图45)。也许更重要的是，推拉安排对横向运动相当不敏感，如果涉及松散的拟合机制，就值得考虑。

图46显示了实际推拉滑动配置的磁通量密度曲线，该配置的磁斜率约为315 G/mm。

推广推广

另一种可能性是，在正面模式中使用推推配置可以创建一个具有相当陡峭斜坡(也是线性的)的双极场(见图47)。

在图47所示的推推、正面模式配置中，当机构居中时，磁场相互抵消，在该位置给出零磁通密度。图48显示了这种配置的通量密度图。在大于315g /mm时，曲线呈线性，坡度适中。该机构对横向运动相当不敏感。

前

有偏见的操作

也可以通过在霍尔装置后面放置一个固定的北极或南极来改变操作和释放点。例如，连接到背面的北极将配置为正常开启状态，直到相反方向提供更强磁场的北极接近背面(图49)。

图50-52演示了其他滑动技术。复合磁铁用于推拉滑动配置，以实现685 G/mm的磁斜率。稀土磁体可用于获得陡峭得多的斜坡。可获得高达3937 G/mm的通量密度曲线。

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改进磁路提高磁通密度

磁通量在空气、塑料和大多数其他材料中传播非常困难。因为没有激励激活磁铁的磁通通过(塑料和硅)霍尔装置，只有一部分确实通过。平衡在器件周围流动，并通过阻力最小的路径返回到另一个极点(图53)。

然而，磁通量很容易通过铁磁性材料，如软钢。空气的磁阻比软钢的磁阻大几千倍。

在霍尔器件的应用中，目标是尽量减少磁通路径的磁阻，从磁南极，通过霍尔器件，并返回北极。对于霍尔器件来说，最好的磁路应该为磁通提供一条亚铁路径，如图54所示，唯一的“气隙”是霍尔器件本身。

虽然完整的铁通量路径通常是不切实际的，不必要的，甚至是不可能的应用需要一个不扭曲或不受干扰的通量场，它是一个有用的概念，为提高通量密度指出了一些非常实际的折衷方法。亚博尊贵会员

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通量集中器

磁通量集中器是低碳(冷轧)钢磁性导体。它们用于提供从磁铁南极，通过霍尔元件，并返回北极的低磁阻路径。熔剂浓缩器可以有多种形式，在体积小或经济重要的应用中，通常允许使用更小或更便宜的磁铁(或更便宜，更不敏感的霍尔设备)。亚博尊贵会员每当需要或首选增加霍尔器件的通量密度时，它们都是有价值的。增幅可达100%。

图55显示了集中器的有效性。两个面板显示相同的磁铁(钐钴磁铁6.4毫米见方，3.2毫米长)和安装(AG = 6.4毫米)。在面板A中，霍尔器件有源区有187g的通量密度。在面板B中，使用直径3.2 mm、长12.7 mm的集中器，助熔剂密度增加到291 G。

前

浓缩器的尺寸

霍尔器件的有效面积通常为0.3毫米见方。将浓缩器的末端逐渐变细到近似相同的尺寸可获得最佳效果。然而，使用Allegro UA包时，从活动区域到包的背面有1.1 mm的距离。由于这一距离，相对于集中器稍大的一端会导致在有效区域的高通量密度值。如果末端太大，则通量不够集中。图56A、56B和56C说明了使用圆柱通量集中器和6.4 mm气隙的这些效果。

浓缩器的长度也对通量密度有影响。如图57所示。

为了方便起见，这里使用了圆柱形浓缩器，但浓缩器的本体作用不大。重要的因素是形状，位置，和磁铁端最靠近霍尔元件的表面积。

通过使用校准的线性霍尔器件或商用高斯计，可以很容易地测量其他聚光器配置的有效性。

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安装磁铁到铁板

将磁铁安装到铁板上，可额外增加霍尔元件的磁通密度。使用与图56C相同的配置，产生291g，注意在图58A和58B中添加铁板获得的可用通量。

图59显示了用于环形磁铁应用的可能的集中器。使用延伸到相邻北极的磁通集中器，磁通密度从265 G增加到400 G (0.4 mm气隙)。注意，集中器在霍尔器件的中心有一个凹窝或台面。在大多数应用中，亚博尊贵会员台面将在平面安装表面上显著增加通量密度。

引力与扭曲通量场

当使用磁通量集中器时，磁体与集中器之间存在引力。这可能对应用程序有害。

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通孔

图60显示了一个使用磁性导体通过有色金属外壳提供磁通的例子。一个小型电机有一个3.2毫米立方钐钴磁铁安装在其转子的末端，如图所示。一个3.2毫米立方的黑色导体延伸通过合金外壳与0.8毫米的气隙之间的磁铁南极。霍尔开关安装在另一端，后面有一个通量集中器。

一般来说，馈通应具有与磁极端大致相同的截面积和形状。这一概念可用于通过任何有色材料，如泵壳，管道或面板的通量。

图61的两条曲线说明了增加馈通长度对磁通密度的影响，以及霍尔开关后面的磁通集中器的贡献。曲线A的值在有通量集中器的情况下得到，曲线B的值在没有通量集中器的情况下得到。在这两种情况下，最高的通量密度与最短的馈通尺寸L，即3.2 mm。有助焊剂集中器时峰值助焊剂密度为350g，无助焊剂集中器时峰值助焊剂密度为240g。

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磁铁的选择

磁铁必须在工作环境的总有效气隙下可靠地工作。它必须适合可用的空间。它必须是可操作的、负担得起的和可用的。

数据的价值

通常应用于磁性材料的性能指标有:

• 剩余感应(B_r，单位为高斯(G)。磁场有多强?
• 矫顽力(H_c在oersteds (Oe)。磁铁抵抗外部退磁力的能力如何?
• 最大能量积(BH_马克斯)在高斯-厄斯泰德× 10⁶．一个强大的磁铁，也非常抵抗退磁力有一个高的最大能量产品。一般来说，能量产品越大，磁铁就越好、越强、越贵。
• 温度系数。在整个工作温度范围内，操作或释放开关点的变化率，以高斯每摄氏度计。当温度变化时，磁铁的强度会变化多少?

磁性材料

钕(NeFeB)。新型钕铁硼合金满足了对高能量产品、价格适中的磁铁材料的需求。这种磁铁是通过一种被称为定向压烧结(OPS)的粉末金属技术或一种结合喷射铸造和传统成型技术的新工艺生产的。目前的工作方向是降低生产成本，增加工作温度范围，降低温度系数。与材料氧化有关的问题可以通过使用现代涂料技术来克服。它们的最大能量产品范围在7至15 MGOe之间，这取决于用于生产材料的工艺。

稀土钴是一种稀土金属(如钐)与钴(简称稀土钴)的合金。这些磁铁在所有类别中都是最好的，但也是最昂贵的，相差无几。对加工来说太硬了，如果需要成形，就必须磨碎。它们的最大能量产物，也许是衡量磁铁质量最好的单一指标，大约是16 × 10⁶．

铝镍钴是一类含有铝、镍、钴、铁和添加剂的合金，可以通过改变添加剂来获得广泛的性能。这些磁铁坚固且相当昂贵，但不如稀土钴。铝镍钴磁体可以铸造，或通过在模具中挤压金属粉末并加热来烧结。烧结铝镍钴非常适合大规模生产小型，复杂形状的磁铁。它具有更均匀的通量密度，机械性能优越。铸铝镍钴磁铁一般比较强。非取向或各向同性Alnico合金(1,2,3,4)比取向合金(5,6,5 - 7,8,9)更便宜，磁性更弱。Alnico太硬太脆，除非通过研磨才能成形。它们的最大能量积在1.3 × 10之间⁶到10 × 10⁶．

陶瓷磁体含有钡或锶铁氧体(或来自该族的另一种元素)在陶瓷材料的基体中被压实和烧结。它们是热和电的不良导体，具有化学惰性，并具有很高的矫顽力值。与Alnico一样，陶瓷磁体可以部分或完全定向地制造，以获得额外的磁性强度。它们比Alnico便宜，但也太硬太脆，只能通过研磨成形。最大能积范围为1 × 10⁶至3.5 × 10⁶．

Cunife是一种含镍和铁的球墨铜基合金。它可以被压印、锻压、拉伸或卷成最终形状。它们的最大能产约为1.4 × 10⁶．

铁铬磁体具有类似于Alnico 5的磁性，但在最终的老化处理使其变硬之前，它足够柔软，可以进行机加工操作。它们的最大能产约为5.25 × 10⁶．

塑料和橡胶磁铁由钡或锶铁氧体在塑料基体材料组成。它们非常便宜，可以通过多种方式形成，包括冲压、成型和机械加工，这取决于特定的基体材料。因为所用的橡胶是合成橡胶，而合成橡胶又是塑料，所以这两种材料之间的区分并不精确。在通常的做法中，如果一个塑料磁铁是灵活的，它被称为橡胶磁铁。它们的最大能量积在0.2 × 10之间⁶至1.2 × 10⁶．

选择磁铁的力量

磁铁必须有足够的磁通密度，以在所需的气隙处达到霍尔开关的最大操作点规格。良好的设计实践建议，在预期的极端温度下，再增加50g至100g作为保险，并检查是否有足够的流量。

例如，如果霍尔设备数据表指定了在25°C下350 G的最大操作点，在添加100 G的衬垫后，它在25°C下有450 G。如果需要操作到70℃，则规格应为450g + 45g = 495 G(计算时使用0.7 G/℃操作点系数和1 G/℃释放点系数)。因为大多数磁铁的温度系数是负的，这个系数在室温下也需要一些额外的磁通，以确保高温运行。

强制力

如果工作环境将磁铁置于一个强的退磁场中，例如在交流电机的转子附近遇到的磁场，那么矫顽力就变得很重要。对于这种应用，具有亚博尊贵会员高矫顽力的永磁体(陶瓷，Alnico 8，或，最好的，稀土钴)是明确指示的。

价格和峰值能源产品

常用的永磁材料及其磁性能归纳如表4所示。成本列显示了磁铁的价格与其峰值能量产品之间的关系。

前

表4。磁性材料的性能
材料	最大的能源产品 (G-Oe)	剩余的感应 (G)	强制力 (Oe)	温度系数 % /°C	成本	评论
稀土钴	16×106	8.1×103.	7.9×103.	-0.05	最高	最强，最小，抗消磁最好
阿尔尼科1 2 3 4	1.3到1.7×106	5.5到7.5×103.	0.42到0.72×103.	-0.02到-0.03	媒介	Nonoriented
Alnico 5,6,5 -7	4.0到7.5×106	10.5到13.5×103.	0.64到0.78×103.	-0.02到-0.03	中等到高	面向
铝镍钴合金8	5.0到6.0×106	7 - 9.2×103.	1.5到1.9×103.	-0.01到0.01	中等到高	定向，矫顽力高，温度系数最佳
铝镍钴合金9	10×106	10.5×103.	1.6×103.	-0.02	高	面向，最高能量产品
陶瓷1	1.0×106	2.2×103.	1.8×103.	-0.02	低	无定向，高矫顽力，硬，脆，不导电
陶瓷2,3,4,6	1.8到2.6×106	2.9到3.3×103.	2.3到2.8×103.	-0.02	中低	部分取向，矫顽力高，硬，脆，不导电
陶瓷5、7、8	2.8到3.5×106	3.5到3.8×103.	2.5到3.3×103.	-0.02	媒介	全取向，矫顽力高，硬，脆，不导电
铜镍铁合金	1.4×106	5.5×103.	0.53×103.	-	媒介	延展性好，可冷成型和机加工
Fe-Cr	5.25×106	13.5×103.	0.60×103.	-	媒介	机器能否在最终老化处理前
塑料	0.2到1.2×103.	1.4到3×103.	0.45到1.4×103.	-0.02	最低	可以模塑，冲压，机加工吗
橡胶	0.35到1.1×106	1.3到2.3×103.	1到1.8×103.	-0.02	最低	灵活的
钕	7到15×106	6.4到11.75×103.	5.3到6.5×103.	-0.157到-0.192	中	Nonoriented

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限流和测量电流传感器集成电路

霍尔效应器件是极好的限流或测量器件。它们的响应范围从直流电区到千赫区。在大电流应用中，导体不需要中断。亚博尊贵会员有关Allegro电流传感器ic的当前列表，请访问:基于霍尔效应的电流传感器集成电路．

导体周围的磁场通常不够强，不足以操作霍尔效应器件(见图62)。

半径(r)是从导体的中心到霍尔器件的有源区域的测量值。当半径为12.7 mm，电流为1000 a时，霍尔器件的磁通密度为159 G。

对于小电流应用，考虑使用环面，如亚博尊贵会员图63A和63B所示，以增加通过霍尔元件的磁通密度。环面有1.5 mm的气隙，对于Allegro U封装，仅图63B所示的电路就会有6g / a的磁增益。为了增加电路的灵敏度，可以考虑将导体绕环面绕多圈，如图63A所示。图63A中的例子有14匝，因此有84 G/ a的磁增益。

芯材可以是铁氧体或软钢(C-1010)，用于低频应用，铁氧体用于高频测量。亚博尊贵会员

主要问题是:

• 当电流降为零时，磁芯应保留最小的磁场
• 气隙中的磁通密度应是电流的线性函数
• 气隙应在工作温度范围内保持稳定

芯的截面尺寸至少为气隙尺寸的两倍，以确保间隙内的场合理均匀。例如，一个1.5 mm间隙的环面应该至少有3mm × 3mm的截面。

另一个简单而廉价的应用程序如图64所示。合适直径的环面由低碳钢坯料制成，厚1.6毫米，宽4.8毫米。所述末端形成以适合于霍尔装置中心部分的每一侧。这种技术的一个优点是，环面可以放置在导体周围而不断开导体。

前

多应用程序亚博尊贵会员

在选择环面如图63A所示的匝数时，有几个考虑因素。

霍尔开关

对于脱扣点，磁通密度应保持在100 - 200g范围内。器件可以在此范围内提供磁参数的狭窄分布。例如，在10a处打开霍尔开关:

霍尔线性

通量密度最好在100g以上，以最大限度地提高输出信号/静态输出漂移比。比例传感器ic的静态输出漂移通常为0.2 mV/°C，而灵敏度温度系数通常为0.02%/°C。一些Allegro设备允许为特定的应用程序定制灵敏度和/或静止输出漂移。有关Allegro线性集成电路的当前列表，请访问:线性位置传感器集成电路．

对于需要许多匝的低电流应用，绕一亚博尊贵会员个线轴，将其滑过一个磁芯，并通过霍尔器件的一个托架形极片完成磁路，如图65所示。

有了这种线轴支架配置，就可以测量低毫安范围内的电流或使用霍尔开关替换继电器。使用200g(±40g)工作点的设备，在10ma(±20%)时激活霍尔开关，筒管绕组要求:

这将是实际的调整气隙最终，更精确的校准。在所有情况下,小心不要压紧包装．

前

线性传感器i亚博尊贵会员c的其他应用

霍尔效应线性传感器ic主要用于感知磁场中相对较小的变化——这些变化小到无法操作霍尔效应开关装置。它们通常被电容耦合到放大器上，从而将输出提升到更高的水平。

作为运动探测器，齿轮齿传感器ic和接近探测器(图66)，它们是机械事件的磁驱动镜子。作为电磁铁的敏感监视器，它们可以有效地测量系统性能，系统负载可以忽略不计，同时提供与污染和电噪声环境的隔离。

每个霍尔效应集成电路包括霍尔元件、线性放大器和发射从动器输出级。处理微小模拟信号的问题通过霍尔元件和放大器在单个芯片上被最小化。

输出零电压(静止电压)名义上是电源电压的一半。在霍尔效应传感器IC的贴有商标的表面上有一个南磁极，它将驱动输出高于零电压水平。一个北磁极将驱动输出低于零电平。

在运行中，瞬时和比例输出电压水平取决于设备最敏感区域的磁通密度。最大的灵敏度是在允许的最高电源电压下获得的，但以增加电源电流和输出对称性的轻微损失为代价。传感器IC输出通常是电容耦合到放大器，将输出提升到毫伏以上。

在图67和68所示的两亚博尊贵会员种应用中，永久偏压磁铁用环氧胶水粘在环氧包装的背面。在包的表面存在的黑色材料，然后作为一个通量集中器。

如果霍尔效应IC是要感知黑色材料的存在，磁铁的南极是附加到包装的背面。如果集成电路要检测黑色材料的缺失，则将磁铁的北极连接到背面。

校准的线性霍尔器件可用于确定在特定应用中呈现给传感器集成电路的实际磁通密度。

黑色金属探测器

两种相似的探测器设计如图69和70所示。第一种感觉黑色金属的存在;另一种感觉是金属的缺失。这两种传感模式只需通过相对于传感器IC反转磁极即可完成。磁极贴在包装的无商标的一面在两种情况下。

通过改变低频断点的输入解耦电容的值，可以很容易地控制该电路的频响特性。如果需要高频衰减，可以使用电容来分流反馈电阻。

金属传感器集成电路磁体的北极贴在线性传感器IC的背面。设备与2.4 mm环氧板的底部接触。当一个25毫米的钢球在装置上滚动时产生输出变化(减少)。这个信号被运算放大器放大和反转，并驱动NPN晶体管打开。

切口传感器集成电路磁体的南极固定在线性传感器IC的背面。传感器IC距钢转子边缘0.8 mm。在通过传感器IC的转子边缘上有一个1.6 mm宽3.2 mm深的槽，导致输出变化(减少)。这个信号被运算放大器放大和反转，并驱动应用晶体管打开。

注意，在这两个例子中，传感器IC的标记面面对要感知的材料(或缺乏材料)。在这两种情况下，黑色金属的存在(或不存在)改变霍尔效应传感器IC的通量密度，从而产生负向输出脉冲。脉冲由放大器反向驱动晶体管。

打印机的应用程序

图71所示的组件在一个字符鼓上感觉叶。叶瓣围绕鼓的圆周间隔4.8毫米;它们是6.4毫米宽，相对于滚筒表面有0.3至0.4毫米的深度。

在这种应用中，霍尔效应线性传感器IC是用磁铁进行后偏压的。北极被贴在包装的背面。一个通量集中器被贴在烙印的表面。虽然它不提供磁通返回路径，聚光器将通过开关聚焦磁场。

如图72所示，集中器与鼓瓣在气隙距离为0.254 mm处对齐。输出变化被放大，从运放产生3v输出，驱动晶体管接通，如图73所示。

这种配置的灵敏度是如此之高，以至于输出信号基线非常紧密地跟踪转鼓中的偏心。这会影响波瓣分辨率，但仍然可以测量波瓣位置。

前

使用校准设备

校准的线性传感器IC是一种精确的，易于使用的测量磁通密度的工具。每个装置都单独校准，并提供校准曲线和灵敏度系数。虽然在南北800g场中进行校准，但传感器IC对于测量两个极性的场是有用的。

一个紧密调节(±10 mV)电源是必要的，以保持校准通量测量的准确性。环境温度也必须保持在21℃~ 25℃。

将VCC引脚连接到电压VCC, GND引脚连接到接地，VOUT引脚连接到高阻抗电压表。在使用前，设备应通电并让其稳定一分钟。

灵敏度系数可用于精确计算磁通密度。首先，在0 G或零(静止)场条件下，确定器件的零输出电压。然后，读取设备的输出在一个应用的场条件下，使其服从有关的通量。器件处的磁通密度可由:

地点:

V_(B)为外加磁场作用下的输出电压，单位为V，
V_(问)为V的静止场输出，
S为灵敏度系数，单位为mV/G, B为器件处的磁通密度，单位为G。

前

术语表

活性区:封装IC芯片上霍尔元件的位置。

气隙:磁极或目标表面到包装表面的距离。

安匝(NI):磁动势的mks单位。

安培匝数/米(NI/m):磁化力mks单位。每米一安培转等于79.6厄斯特。

双极:使用南北磁极操作霍尔传感器IC的方法。

矫顽力(Hc):为使磁性材料中的磁通密度降为零而必须施加的退磁力;以奥斯特。

聚光器:任何用来吸引磁力线的黑色金属。

高斯(G):磁通量密度的CGS单位。相当于1麦克斯韦每平方厘米(Mx/cm)²)．1高斯等于10⁴特斯拉。

吉尔伯特:CGS磁动势单位。

正面:霍尔传感器IC被驱动的一种方法。磁场的增加和减少通过移动磁极向和远离包装面。

最大能量积(BHmax):由磁性材料的退磁曲线得出的B与H的最高积。给出的单位是高斯-厄斯泰德× 10₆(MGOe)。

麦克斯韦(Mx):总磁通量的CGS单位。1麦克斯韦等于10⁸韦伯夫妇。

oersteds (Oe): CGS磁化力单位。相当于吉伯特每厘米(吉伯特/厘米)。1 oersted等于每米125.7安培匝。

平面霍尔元件:感应垂直于模面或包装面磁场的霍尔元件。

残磁感应(Bd):去除外加磁动势后磁路中保留的磁感应。当磁路中没有气隙时，剩余感应和剩余感应相等。有气隙时，残余感应将小于残余感应。用高斯。

剩余感应(Br):当足以使磁性材料饱和的磁化力减小到零时，磁性材料闭合磁路中剩余的磁通密度。用高斯。

滑动:霍尔传感器IC驱动的一种方法。当永磁体横向移过包装面时，磁场增加或减少。

特斯拉(T):磁通量密度的mks单位。相当于每平方米一韦伯(Wb/m)²)．1特斯拉等于10⁴高斯。

环面:通常由铁、钢或铁氧体组成的环形物。

总有效气隙(TEAG):从磁极表面到霍尔效应传感器集成电路有效区域的距离。

单极:使用单一磁极(通常是南极)操作霍尔传感器集成电路的方法。

叶片:任何黑色金属，用于分流磁场远离霍尔传感器IC(至少1.5倍的宽度相关磁铁)。

垂直霍尔元件:感应垂直于其敏感边缘(上、左、右)的磁场的霍尔元件。

窗:风向标上至少1.5倍于相关磁铁宽度的开口。

前