双极开关霍尔效应ic

提供四种一般的霍尔效应IC设备，提供数字输出：单极开关，双极开关，全峰开关和锁存器。在本应用笔记中描述了双极交换机。类似的应用笔记单极开关，omnipolar开关，和门闩提供在Allegro™网站上。

双极传感器IC设计为敏感开关。（注意术语“双极”是指磁极极度，并且与双极半导体芯片结构无关。）双极开关具有一致的滞后，但各个单元具有相对更正或更多负范围的开关点。这些设备在使用紧密，交替的北极和南极的应用中找到了最小所需的磁信号幅度，ΔB，因为磁场极性的交替确保切换，并且一致的滞后确保周期性。

亚博尊贵会员用于检测旋转轴的位置的应用，例如在无刷直流电动机（BLDC）中示出了图1中。多晶体结合到简单的结构中，称为“环磁体”，其中包含相反的交替区域磁极性。每个环形磁铁相邻的IC封装是霍尔双极开关装置。当轴旋转时，磁带通过霍尔设备移动。当南场相反时，该装置经受最近的磁场，并在南方场相反，当北场相反时关闭。请注意，设备的品牌面向环形磁铁。

图1所示。使用环形磁铁的两个双极器件应用。亚博尊贵会员环形磁体有交替的N(北)和S(南)极性区，旋转通过霍尔装置，导致他们打开和关闭。

磁性开关点术语

以下是用于定义过渡点的术语，或者道岔，霍尔开关操作:

图2。霍尔效应是指当外加电流受到垂直磁场的影响时所产生的可测电压。

B- 用于磁通密度的符号，用于确定HALL器件开关点的磁场的属性。在高斯（g）或tesla（t）中测量。转换为1g = 0.1 mt。

B可以具有北极或南极极性，因此请记住代数惯例是有用的，由此B被指示为北极磁场的负值，以及作为南极性磁场的正值。本公约允许北方和南极度值的算术比较，其中该字段的相对强度由B的绝对值表示，并且标志表示该字段的极性。例如，A - 100克（北）场和100克（南）场具有等效强度，但极性相反。以同样的方式，a - 100g字段比a-50 g字段强。
B_op.−磁工作点;霍尔器件打开时增强磁场的水平。器件输出的结果状态取决于单个器件的电子设计。
B_RP−磁释放点;霍尔器件关闭时减弱磁场的水平(或对某些霍尔器件来说，给定正B时增强负磁场的水平)_op.）。器件输出的结果状态取决于单个器件的电子设计。
B_HYS.- 磁开关点滞后。霍尔设备的传递函数在开关点之间的偏移设计，以在磁场中过滤出小的波动，该磁场可能是应用中的机械振动或电磁噪声。B_HYS.= | B_op.- B._RP|。

典型的操作

双极交换机通常具有正面b_op.和负面B._RP，但是这些开关点发生在与中性电平B = 0g不精确对称的场强电平上。允许这种特性使得双极开关可以提供更大的灵敏度和更窄的B_HYS.比锁存开关(双极开关最初被设想为较低成本的替代早期锁存开关)。一小部分(≈10%)双极开关的开关点范围完全在正(南)极性范围或完全在负(北)极性范围。利用正(南)、负(北)交变磁场，所有这些特征范围都能可靠地工作。关断通常发生在磁场被移开的时候，但是为了确保释放，磁场反转是必需的。

双极开关的一个例子是具有最大工作点B的设备_op.(最大)，45g，最小释放点，B_RP（min），-40 g，和最小滞后，b_HYS.然而，最小工作点B_op.（分钟），可以低至-25g，以及最大释放点，b_RP（最大值），可以高达30 G.图3显示了具有这些开关点的假设装置的单位的这些特性。在图3的顶部，迹线“最小ΔB”演示了振幅可以导致可靠的切换的程度。

图3。演示双极开关的可能开关点范围，用于低磁通量幅值，窄螺距交变极目标

图3显示了双极开关的三种一般工作模式之间的差异:

“锁存模式”描述任何带正B的双极开关单元_op.和负面B._RP，其行为就像一个霍尔锁存开关，要求两个磁场都存在以完成操作(但没有实际锁存设备状态)
“单极模式”描述任何双极开关单元与B_op.和B._RP在正(南)范围
“负单极模式”(有时称为“负开关”模式)描述任何双极开关单元与B_op.和B._RP在负(北)范围

释放点通量密度变得不那么重要,因为如果霍尔开关没有切换当杆已经过去,通量密度接近中性水平,B = 0 G,开关时肯定会关闭下面的杆增加了通量密度相反的极性。双极霍尔开关利用释放点磁通值的额外余量来实现更低的操作点磁通密度，这在环形磁铁应用中是一个明显的优势。亚博尊贵会员

从V可以看出_出去对于这些模式的每个模式，在图3的底部进行迹线，在每个极点交替处切换是可靠的，输出的占空比根据操作模式不同。以锁存模式运行的双极设备具有几乎对称的开关点。当使用等间隔开环磁极杆时，这倾向于将占空比设定为接近完美。已经说过，即使SwitchPoints歪斜，占空比仍将接近50％，50％折扣。对于电动机换向这是理想的，导致效率高。具有单极模式的单位与南极打开和关闭，并随着北极通行证而无所作为。此模式中的单位将有40％的占空比和60％的折扣。负单极模式下的单位随着北极而关闭，随着南极通行证的任何内容。此模式中的单位将有占空比，也许60％，40％折扣。

图4的三个面板显示了双极传感器ic工作模式的传递特性。

图4A

图4A。锁存模式特征。请注意，SwitchPoint磁滞区B_HYS.，包括中性磁通密度水平，B = 0 g。

为便于解释图4A，假设设备上电时，磁通量密度在最左边，磁通量(B，横轴上)大于B_RP或B._op.．这里设备是关闭的，输出电压(V_出去(在纵轴上)是高的。
沿着向右的箭头，磁场变得越来越正。当电场大于B时_op.，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
而磁场保持比B更正_RP，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_HYS.．
在向左朝向左侧后，磁场变得更少，然后更负。当磁场再次下降到b以下时_RP，设备关闭。这会导致输出返回到原始状态，高。

图4B.

出于图4B的说明的目的，假设设备为磁通密度在左侧的磁通密度，其中磁通量（B，水平轴线上）比B较小为正_RP或B._op.．这里设备是关闭的，输出电压(V_出去(在纵轴上)是高的。
沿着向右的箭头，磁场变得越来越正。当电场大于B时_op.，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
而磁场保持比B更正_RP，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_HYS.．
在向左朝向左侧箭头后，磁场变得较低。当磁场再次下降到b以下时_RP，设备关闭。这会导致输出返回到原始状态，高。

图4C.

图4C。负单极（负开关）模式特性。请注意，SwitchPoint磁滞区B_HYS.，完全磁力偏向于中性磁通密度水平，B = 0 G.南磁场对装置没有影响，尽管它可以通过在北场通过后散热的任何助焊剂来帮助切换。

出于图4C的说明的目的，假设器件在左侧的磁通量密度，其中磁通（B，水平轴上）比B更负_RP或B._op.．这里设备是关闭的，输出电压(V_出去(在纵轴上)是高的。
在向右箭头之后，磁场变得更少。当场比b小于b时_op.，设备亮起。这使得输出电压变为相反的状态，低。
而磁场的负电荷仍然小于B_op.，设备保持打开，输出状态保持不变。即使B变得略低于B，这也是如此_op.，在开关滞后的内置区域内，B_HYS.．
在向左朝向左侧箭头后，磁场变得较低。当磁场再次下降到b以下时_RP，设备关闭。这会导致输出返回到原始状态，高。

磁铁

单个磁体可用于提供两个相反的磁极，然而，通常使用环形或条形磁铁材料更经济有效。环形磁铁和条状磁铁用指定间距的交流磁极磁化。环形磁铁是一种环形或圆盘状的组件(见图1)，具有交变的径向或轴向磁化磁极。条形磁铁是一种具有交变磁极的扁平条形磁铁。环形磁铁可用于多种材料，包括陶瓷、稀土和柔性材料。条形磁铁几乎总是使用柔性材料，如丁腈橡胶粘合剂含有定向钡铁氧体，或更高能量的稀土材料。

环形磁铁通常指定为有若干磁极，而条形磁铁通常指定为每英寸的磁极。四极环形磁铁包含两个北向和两个南向的交流磁极(N-S-N-S)，而每英寸11极的条形磁铁的交流磁极间距为0.0909-in。中心。各种磁极间距可从磁铁制造商。

上拉电阻

上拉电阻必须在正电源和输出引脚之间连接(见图4)。上拉电阻的常用值为1到10 kΩ。最小上拉电阻是传感器IC最大输出电流(吸收电流)和实际供电电压的函数。20ma是典型的最大输出电流，在这种情况下，最小的上拉电流是V_CC/ 0.020 A.如果电流消耗是一个问题的情况下，上升电阻可能大约50至100kΩ。小心：具有大的上拉值，可以邀请外部泄漏电流接地，即使当器件磁性关闭时，也足以降低输出电压。这不是设备问题，而是相当是在上拉电阻器和传感器IC输出引脚之间的导体中发生的泄漏。采取至极端，这可以缩小传感器IC输出电压，足以抑制适当的外部逻辑功能。

图5。典型的程序图。

旁路电容器的使用

旁路电容的布置见图5。一般来说:

对于没有chopper稳定化的设计，建议在输出和地引脚以及电源和地引脚之间放置0.01µF的电容。
采用断片稳定的设计时，电源和地引脚之间必须有一个0.1µF的电容，输出和地引脚之间建议有一个0.01µF的电容。

开机状态

仅当磁场强度超过B时，双极设备才能以有效状态为动力_op.或者小于b_RP当通电时。如果磁场强度在磁滞带内，即在B之间_op.和B._RP，该设备最初可以假定为开或关状态，然后在超过开关点的第一次偏移时获得正确的状态。设备可以设计上电逻辑，使设备关闭，直到到达一个开关点。

上市状态
传感器集成电路类型	上电状态(0g场)
单极交换机	离开
门闩	另外一个国家^1,2
负面开关	上²
¹除非在设计中包含上电逻辑。 ²除非在磁场在设备的指定磁滞后发生时发生设备的通电。

接通电源的时候

开机时间在一定程度上取决于设备的设计。数字输出传感器ic，如双极器件，在接下来的时间内达到初始上电的稳定性。

设备类型	上电时间
非切碎的设计	<4μs.
Chopper-stabilized	<25μs.

基本上，这意味着在提供电源之后经过的经过时间之前，器件输出可能不是正确的状态，但是在经过此时间之后，设备输出被保证为正确的状态。

功耗

总功耗为两个因素之和:

传感器IC消耗的功率，排除在输出中消耗的功率。这个值是V_CC乘以供电电流。V_CC是设备供电电压，供电电流在数据表上指定。例如，给定V_CC= 12v和电源电流= 9ma。功耗= 12 × 0.009或108 mW。
输出晶体管所消耗的功率。这个值是V_{（开）（坐）}乘以输出电流(由上拉电阻设定)。如果V_{（开）（坐）}是0.4 V(最坏情况)和输出电流是20ma(通常最坏情况)，功率耗散是0.4 × 0.02 = 8mw。正如你所看到的，因为饱和电压很低，功率耗散在输出不是一个大问题。

该示例的总功耗为108 + 8 = 116 MW。将此号码占用在问题的数据表中的额额可图中，并检查是否必须减少最大允许操作温度。

常见问题

问:我如何定位磁铁?

答：磁极磁极朝向器件的品牌面向定向。品牌面部是您找到设备的标识标记的位置，例如部分部件号或日期代码。

问:我可以用磁铁接近设备的背面吗?

答：是的，然而牢记这一点：如果磁铁的极仍然在相同方向上保持导向，则通过装置的磁通场的取向从前侧方法保持不变（例如，如果南极是南极在前侧方法中更靠近设备，然后北极将在后侧接近靠近设备）。然后，北极将产生相对于霍尔元素的正面场，而南极会产生负场。

问：是否有权衡将设备接近侧面？

是的。当从包装正面接近时，一个“清洁器”信号是可用的，因为霍尔元件位于更靠近包装正面(包装贴有商标的面)而不是背面。例如，对于“UA”封装，带有霍尔元件的芯片在封装的贴有商标的表面内0.50毫米，因此从背面到背面大约1.02毫米。(从品牌面到霍尔元素的距离被称为“活跃区域深度”。)

问:一个非常大的场能伤害霍尔效应装置吗?

答：不，非常大的领域不会损坏Allegro霍尔效应装置，也不会这样的场地添加额外的滞后（除了设计的滞后）。

问:为什么我想要一个斩波稳定装置?

A:斩波稳定传感器ic允许更大的灵敏度，更严格控制的开关点比非斩波设计。这也可能允许更高的操作温度。大多数新的器件设计都采用了短切霍尔元件。

建议设备

Allegro双极交换机列在公司网站上的选择指南中，AT霍尔效应锁存和双极开关．

可能的应用程序亚博尊贵会员

无刷直流电机旋转
速度感应
脉冲计数器、编码器
汽车

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