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“霍尔效应是什么？”

亚博棋牌游戏Allegro Microsystems使用最新的集成电路技术与世纪历史霍尔效应相结合，以生产霍尔效应传感器IC。这些无与伦比的磁激活开关和传感器IC，具有简化和改善电气和机械系统的可能性。

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• 低成本简化开关
• 高效，有效，低成本的线性传感器IC
• 坚固耐用的敏感电路
• 亚博尊贵会员
• 霍尔效应:它是如何起作用的?
• 线性输出霍尔效应装置
• 数字输出霍尔效应开关
• 活动
• 特点和公差
• 入门
• 分析
• 总有效气隙(TEAG)
• 的操作模式
• 陡坡和高通量密度
• 叶片中断器切换
• 数字霍尔设备的电气接口
• 公共接口电路
• 霍尔开关的旋转激活器
• 霍尔开关用环形磁铁亚博尊贵会员
• 双极数字开关
• 数字锁存
• 平面和垂直大厅装置
• 环形磁铁详细讨论
• 温度效应
• 一个便宜的选择
• 环形磁铁选择
• 铁质叶片旋转活化剂
• 铁质风向标运行中
• 转子设计
• 材料
• 叶片/窗口宽度，转子尺寸
• 为一致的开关陡峭的磁性斜坡
• 小的空气间隙为陡峭的斜坡
• 通量集中器有红利
• 温度稳定性点
• 计算停留角度和占空比变化
• 轴承磨损的影响
• 安装也会影响稳定性
• 正交
• 增强的考虑
• 个人校准技术
• 操作模式:正面和滑动
• 操作模式增强:复合磁铁
• 有偏见的操作
• 改进磁路，提高磁通量密度
• 通量集中器
• 通孔
• 磁铁选择
• 高级应用程序亚博尊贵会员
• 电流限制和测量电流传感器集成电路
• 多匝应用亚博尊贵会员
• 线性传感器I亚博尊贵会员C的其他应用
• 使用校准设备
• 词汇表

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低成本简化开关

简化的交换是一个大厅传感器IC强点。霍尔效应IC开关组合霍尔电压发生器，信号放大器，施密特触发电路和晶体管输出电路在单个集成电路芯片上。输出干净，快速，切换而不会反弹（机械开关的固有问题）。霍尔效应开关通常以高达100 kHz的重复率运行，并且成本低于许多普通机电开关。

高效、高效、低成本线性霍尔效应传感器集成电路

线性霍尔效应传感器IC检测电磁铁、永磁体或具有应用磁偏置的铁磁材料的运动、位置或场强变化。能源消耗非常低。输出是线性和温度稳定的。传感器IC的频率响应是平坦的，最高可达25 kHz。

霍尔效应传感器集成电路比电感或光电传感器更高效，成本更低。

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坚固耐用的敏感电路

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。该电路非常敏感，并在紧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用于点火系统、速度控制、安全系统、对准控制、千分尺、机械限位开关、计算机、打印机、磁盘驱动器、键盘、机床、钥匙开关和按钮开关。它们还用作转速传感器、限流开关、位置检测器、选择器开关、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，或活动区域，表示在图1中。

如图2所示，恒定电压源强制恒定的偏置电流，i_偏见，在半导体片中流动。输出采用电压的形式V_大厅，在纸张的宽度上测量。在没有磁场的情况下，v_大厅具有可忽略的价值。

如果将偏置霍尔元件放置在具有直角的磁通线的磁场中，则与偏置电流（参见图3），电压输出与磁场强度的直接变化。这是大厅效果，由1879年由E. F. Hall发现。

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线性输出霍尔效应装置

基本霍尔元件的输出电压非常小。这可能会出现问题，尤其是在电噪声环境中。向电路中添加稳定、高质量的直流放大器和电压调节器（见图4和图5）可提高传感器输出，并允许设备在宽范围电源电压下运行。改进后的装置提供了易于使用的模拟输出，该输出与应用的磁通密度成线性和比例。

有关Allegro线性输出设备的最新列表，请访问:线性位置传感器ic．

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数字输出霍尔效应开关

添加具有内置滞后的施密特触发阈值检测器，如图6所示，给出了霍尔效应电路数字输出能力。当施加的磁通密度超过一定限度时，触发器在没有接触反弹的情况下从OFF到ON提供干净的过渡。内置滞后通过引入磁性死区来消除振荡（输出的杂散切换），其中在通过阈值之后禁用开关动作。

电路中加入一个开路集电极NPN或n通道FET (net)输出晶体管(见图7)，提供了开关数字逻辑兼容性。晶体管是一种饱和开关，只要施加的磁通密度高于器件的通脱点，就会使输出端子短路到地。该开关兼容所有数字家庭。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中的电路元件在单片硅芯片上制造并封装在小型环氧树脂或陶瓷包装中，对所有霍尔效应数字开关共同。设备类型之间的差异通常在诸如磁性参数，操作温度范围和温度系数的规格中找到。

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活动

所有霍尔效应器件都是由磁场激活的。必须提供设备的安装和电气连接。参数如负载电流、环境条件和供电电压必须在数据表中显示的特定限制范围内。

磁场有两个重要的特征:磁通量密度B(本质上是磁场强度)和磁场极性(北或南)。对于霍尔器件，电场相对于器件有源区域的方向也很重要。霍尔器件的有源区域(霍尔元件)被嵌入到一个硅芯片上，该硅芯片与封装的一个特定面平行，并稍稍位于其内部。那张脸被称为烙印脸因为它通常是标有零件号的面（每个设备的数据表指示从品牌面到活动区域的深度）。为了最佳地操作开关，磁通线的方向必须垂直穿过有源区（平面霍尔器件的品牌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。因为活动区域更靠近品牌面，而不是外壳背面，并且暴露在芯片的品牌面侧，所以使用此方向产生更清晰的信号。

在没有任何显著的应用磁场的情况下，大多数霍尔效应数字开关被设计为断开(输出时开路)。只有在磁场具有足够的通量密度和正确方向的极性时，它们才会打开。例如，在开关中，如果南极接近标记面会引起开关动作，北极则不会产生影响。在实践中，靠近平面霍尔开关的标记面或沿着垂直霍尔开关的敏感边缘靠近小永磁体的南极(见图8)，输出晶体管就会打开。对于3D霍尔开关，输出将打开，从任何方向靠近磁铁。

传递特征图可用来绘制这一信息。图9和图10显示了输出作为磁通密度B的函数(用高斯测量，G;1 G = 0.1 mT)的霍尔元件。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，有一个代数惯例，在这个惯例中，一个增强的南极性场用一个增加的正B值表示，一个增强的北极性场用一个增加的负B值表示。例如，a + 200b场和a - 200b场同样强，但极性相反(分别是南和北)。

如图9所示，在没有外加磁场(0g)的情况下，由于外部上拉电阻的作用，开关关闭，输出电压等于电源(12v)。然后将永磁体南极垂直地移向装置的有源区域。当磁南极接近开关的标记面(对于平面霍尔器件)或敏感边(对于垂直霍尔器件)时，霍尔元件暴露在不断增加的正磁通密度中。在某一点(在这个例子中是240g)，输出晶体管打开，输出电压接近0v。通量密度的值称为操作点，B._人事处．继续增加场实力没有效果;开关已打开，并保持亮起。可以对霍尔效应传感器施加的磁场强度没有上限。

为了关闭开关，由于设备的内置磁滞，磁通密度必须降至远低于240 G工作点的值（这些类型的图表有时称为滞后的图表）．对于这个例子，我们使用90克滞后，这意味着当磁通密度减小到150g时，器件关闭（图10）。通量密度的值称为发布点，B._反相．

为了获得这个图形的数据，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，并使输出电压接近0v(见图11)。

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特点和公差

开启和关闭霍尔开关所需的精确磁感应强度值因多种原因而不同，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。

对于每个设备类型，在数据表中提供了用于操作值，释放值和滞后的最坏情况的磁特性。

所有开关保证在最大工作点磁通密度或以下开启。当磁场减小时，在磁通密度降至最小释放点值之前，所有器件将关闭。保证每个设备至少有最小的迟滞量，以确保干净的开关动作。这个迟滞保证，即使存在机械振动或电噪声，开关输出是快速的，干净的，并且每越过一个阈值只发生一次。

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入门

由于电气接口通常是简单的，因此霍尔效应系统的设计应以物理方面开头。在定位或运动传感应用中，应得到以下问题：亚博尊贵会员

• 有多少运动和什么类型的运动?
• 需要什么样的角度或位置精度?
• 安装传感装置和活化磁铁的空间有多少空间？
• 在移动的集会中有多少作用?
• 在机器的寿命上可以预期多少机械磨损？
• 产品是否会成为大规模生产的组件，或者可以单独调整和校准的有限机器数量？
• 预计会出现哪些极端温度?

仔细的分析从长远来看会有很大的好处。

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分析

应该研究一下磁铁的磁场强度。磁场的强度在磁极面上最大，并且随着离磁体的距离增加而减小。磁场强度可以用高斯计或校准的线性霍尔传感器IC来测量，它是沿着磁体的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)可以用来确定特定磁铁和运动类型的临界距离。请注意，这些磁场强度图不是线性的，磁体的磁通密度曲线的形状很大程度上取决于磁体的形状、磁路和磁体所经过的路径。

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总有效气隙(TEAG)

总有效气隙（Teag），是的总和活动区域深度（AAD，霍尔元素的深度低于设备的品牌面部/边缘）和气隙(AG，包装表面到磁铁或目标表面的距离)。AG是一个机械间隙，应该尽可能小，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是通量密度作为TEAG函数的图表，并说明了由较薄封装(Allegro UA封装的AAD约为0.50 mm)提供的传感器IC上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体的磁通密度的特性斜率。请注意，图表还显示了其他物理因素对通量密度的影响，例如一揽子捐款装置本身以及应用中传感器组件的任何二次成型或保护罩。

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的操作模式

即使是简单的棒状磁铁，也有几种可能的运动路径。磁极可在平面霍尔器件的铭牌面或垂直霍尔器件的敏感边缘垂直直线移动。这叫做正面的操作方式。图12B中的曲线说明了典型的磁通密度(高斯)是圆柱形磁铁TEAG的函数。

正面模式简单，工作良好，对横向运动相对不敏感。设计人员应注意，如果发生碰撞，机构过伸会对霍尔装置的环氧包造成物理损伤。

第二种配置是将磁铁从霍尔器件的一侧移动到另一侧，平行于标记面或器件封装的敏感边缘。这被称为削减操作方式，如图13所示。注意，现在在图表的横轴上绘制的距离不是总有效气隙，而是从磁体中心线到活动区域中心线的垂直距离。指定气隙是因为其明显的机械重要性，但请记住，要进行涉及通量密度的任何计算，必须像以前一样添加包的贡献，并使用TEAG。如果机构可能过伸，滑动模态通常用于避免接触。在精心设计的滑动磁路中使用强磁体和/或铁磁剂选矿机，比正面模式具有更短的磁体行程，提供更好的传感精度。

磁铁制造商通常可以为其磁体提供头部通量密度曲线，但它们通常不会表征它们以便通过操作进行滑动操作，可能是因为不同的气隙选择导致无限数量的这些曲线。然而，在选择气隙之后，通过注意到总有效气隙处的值，可以使用易于获得的头部磁曲线来在滑动件中找到峰值磁通密度（单点）。

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陡坡和高通量密度

对于线性霍尔设备，给定位移的更大磁通量变化使得更大的输出显然是一个优势。数字霍尔设备是可取的相同的财产，但有更为微妙的原因。为了在给定的应用中实现一致的切换动作，霍尔设备必须在相对于磁体的相同位置接通和断开。

为了说明这一概念，考虑图14中两种不同磁体构型的磁通密度曲线。在工作点磁通密度为200g的情况下，数字霍尔效应器件在两种情况下的距离约为3.6 mm时都会打开。如果制造公差或温度影响将工作点移动到300g，请注意，对于曲线A(陡坡)，切换发生的距离变化很小。对于曲线B，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。在这个例子中说明的基本原则可以修改，以包括机构和设备规格公差，并可用于最坏情况的设计分析。这个过程的示例将在后面的小节中展示。

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叶片中断器切换

在这种模式中，激活磁体和霍尔装置安装在单个刚性组件上，在它们之间具有小的气隙。在该位置，霍尔装置通过活化磁铁保持在导通状态。如果是铁磁板，或叶片，放置在磁体和霍尔器件之间，如图15所示，叶片形成磁分流器，使磁通场远离霍尔装置扭曲。

使用可移动叶片是切换霍尔设备的实用方法。霍尔装置和磁铁可以作为单元模制在一起，从而消除对准问题，以产生极其坚固的开关组件。中断通量的亚铁叶片或叶片可以具有线性运动或旋转运动，如汽车分配器中。由于可以实现的稳定磁通密度/距离曲线，亚铁叶片组件通常使用需要在需要大的温度范围内进行精度切换。

亚铁叶片可以在许多配置中制造，如图16所示。利用类似于图16B的线性叶片，可以在125℃的温度范围内重复在0.05mm内的读取位置。

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数字霍尔设备的电气接口

数字霍尔开关的输出级通常是开路集电极NPN晶体管（参见图17）。使用规则与任何类似的开关晶体管的规则相同。某些数字霍尔设备，特别是微功率器件，可以使用MOSFET器件构造的推送输出级。这些设备不需要外部上拉电阻。有关详细信息，请参阅设备数据表。

当晶体管关闭时，存在通常可以忽略的小输出漏电流（通常是几个纳米孔），并且最大（故障）输出电压（通常为24 V），该电压不得超过。

当晶体管接通时，输出短路通用电路。流过开关的电流必须外部限制为小于最大值（通常为20 mA）以防止损坏。交换机上的电压降，V_CE（SAT）)，当输出电流较高时，则会增加。确保此电压与要控制电路的断开(或逻辑低)电压兼容。某些数字霍尔传感器，如那些针对汽车应用的，有内置的电流限制，以保护输出阶段。亚博尊贵会员有关详细信息，请参阅设备数据表。

霍尔器件切换非常迅速，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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公共接口电路

图17给出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。

对于电流抑制逻辑系列，如DTL或流行的7400 TTL系列(图18A)，霍尔开关在接通时只需要将一个单位负载的电流注入公共电路(最大TTL为1.6 mA)。在CMOS门的情况下(图18B)，除了开关瞬态，唯一的电流是通过上拉电阻(在这种情况下约0.2 mA)。

通常需要20ma下沉电流的负载可以直接由霍尔开关驱动。

一个很好的例子是一种发光二极管（LED）指示器，其仅需要电阻以限制电流到适当的值。如果LED下降1.4 V电流为20 mA，则可以计算使用12 V电源所需的电阻器：

最接近的标准值是560Ω，如图19所示。

下沉更多电流超过20 mA需要电流放大器。例如，如果要切换的某个负载需要4A并且当激活磁体方法时必须打开，则可以使用图20所示的电路。

当霍尔开关关闭(磁通不足，无法工作)，大约12ma的基极电流流过1 kΩ电阻到Q1晶体管，从而使其饱和并使Q2的基极短路到地，从而保持负载断开。当磁铁靠近霍尔开关时，它打开，使Q1的基部短路到地面并将其关闭。这允许:

基准电流流到Q2，足以使其饱和4 A或更小的任何负载电流。

霍尔开关可以通过配置一个外部晶体管向处于开或关状态的负载提供电流。例如，图21是通状态下的源电流示例，在一个使用继电器打开115或230 VAC负载的应用程序中。

一个典型的12v线圈继电器需要40到60毫安之间的电流驱动(这是不同的继电器)触发它到通状态，在这个状态下高压触点是闭合的。如图21所示，这可以通过一个足够大小的PNP晶体管来实现。

当霍尔开关打开时，9毫安的基极电流从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，防止线圈电流传递到继电器。4.7 kΩ电阻作为PNP基础上的一个上拉，以保持它关闭时，霍尔开关是禁用的。为了保护PNP集电极不受突然关闭PNP引起的开关瞬变的影响，在继电器线圈上放置了一个自由流动二极管。请注意，+ 12v电源是与交流线路的中性线隔离的。这提供了一种相对安全的方式来切换高压交流负载和低压直流电路。和往常一样，在处理交流线路电压时要非常小心，并采取适当的安全措施。

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霍尔开关的旋转激活器

一个常见的应用包括使用霍尔开关来产生与速度、位移或转轴位置成比例的数字输出。旋转应用的激活磁场可以通过两种方式提供:亚博尊贵会员

（a）磁转子组件

激活的磁体固定在轴上，并且固定霍尔开关随着磁南极的每次通道被激活（图22，面板A）。如果需要每个旋转的多个激活，则转子有时可以通过模塑或切割塑料或橡胶磁性材料廉价地使转子廉价（参见一个便宜的选择部分）。

也可以使用环形磁铁。环形磁铁是商业上可买到的圆盘状磁铁，磁极沿圆周间隔。他们以合理的成本可靠地操作霍尔开关。环形磁铁有以下限制：

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

必须在需要精确切换的应用中考虑这些限制。亚博尊贵会员

(b)黑色叶片转子组件

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量（参见图15)，随着每一个黑色的风向标的通过。

叶片式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

正确设计的叶片开关可以具有非常陡峭的磁通密度曲线，在宽温度范围内产生精确稳定的开关动作。

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霍尔开关用环形磁铁亚博尊贵会员

适合与霍尔开关一起使用的环形磁铁可从磁铁供应商处获得各种不同材料和配置。电杆可以径向（图23，面板A）或轴向（图23，面板B），直径为25 mm的环上最多有20对电杆。对于给定的尺寸和磁极数，具有轴向磁极的环形磁铁具有较高的磁通密度。

最常用的材料是各种铝镍钴、陶瓷和钡铁氧体橡胶或塑料基体材料(见表4）．制造商通常有库存尺寸，可选择极对的数量。定制配置的成本也较高。

Alnico是给予许多铝 - 镍钴合金的名称，具有相当宽的磁性。通常，Alnico环磁铁具有最高的助焊剂密度，在温度变化和最高成本中，场强的最小变化和最高成本。除了通过研磨之外，它们通常太难以塑造，并且相当脆，这使得轴承或轴的安装复杂化。

陶瓷1环磁铁（商品名indox，Lodex）的助焊剂密度（场强）具有比Alnico在玻璃体的较低，并且它们的场强通过温度变化更多。然而，它们的成本大大降低，并且对外部磁场进行了高度抵抗力。陶瓷材料对大多数化学品具有抗性并且具有高电阻率。与AlnicoS一样，它们可以承受高于霍尔开关和其他半导体的温度，如果需要重塑或修剪，则必须接地。它们可能需要支撑轴以减少机械应力。

橡胶和塑料钡铁氧体环磁铁在成本、磁通密度和温度系数上与陶瓷1大致相当，但足够软，可以用传统方法成形。对于某些应用，也可以将它们模塑或压在轴上。亚博尊贵会员它们有温度范围的限制，从70°C到150°C，取决于特定的材料，而且它们的场强随温度的变化比Alnico或Ceramic更大。

无论何种材料，环形磁体对磁极配置的精度和磁极强度的均匀性都有限制，从而限制了输出波形的精度。评估结果表明，在橡胶、塑料和陶瓷磁体中的磁极放置位置通常落在目标的±2°或±3°内，但已经测量到±5°的误差。磁通量密度从极点到极点的变化通常为±5%，尽管已经观测到的变化高达±30%。

图24是一个典型的直径25.4 mm、有效气隙TEAG为1.7 mm (1.3 mm间隙加上0.4 mm封装贡献)的4极对陶瓷环磁铁的磁感应强度角位置函数图。它很清楚地显示了磁极位置的误差和磁极间强度的变化。

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。对于给定尺寸的磁环，磁极对数量和磁通密度之间存在权衡。因此，磁极数量较多的环具有较低的磁通密度。TEAG必须保持在最小值，因为对于许多普通环形磁铁，霍尔有源区的磁通密度每毫米降低约200至240 G。图25清楚地显示了这一点，这是典型的20极对塑料环形磁铁的磁通密度与TEAG的函数关系图。

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双极数字开关

双极开关具有一致的迟滞，但单个单元的开关点要么出现在相对更积极的范围，要么出现在更消极的范围。这些设备在使用紧密间隔、交替的南北两极(如环形磁铁)的地方找到了应用，导致最小的磁信号振幅ΔB，但磁场极性的变化确保了开关，并且一致的滞后确保了周期性。

双极开关的示例将是具有最大操作点的设备，B_人事处(max)， 45g，最小释放点，B_反相（min），-40 g，和最小滞后，b_HYS.（分钟），15克。但是，最小操作点，B_人事处（分钟），可以低至-25g，以及最大释放点，b_反相（最多），可以高达30g。图26A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26A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。“单极模式”单元将完全在正（南方）范围内的开关点，“负单极模式”单元将具有完全在负（北）范围内的开关点，并且“锁存模式”单元将具有跨越的开关点南部和北部范围（表现得像一个数字锁，下一节将描述的霍尔设备类型)。这可以从V字中看出_出去对于这些可能性中的每一个，图26A底部的迹线，输出的占空比彼此不同，但在每个极交替复定时的一致切换是可靠的。

在前面亚博尊贵会员讨论的其他类型器件的应用中，霍尔开关是通过磁南极(正磁通)的方法操作(打开)的。当南极被移除(磁通密度接近于零)，霍尔开关必须释放(关闭)。在环形磁体上，南北两极以交替的模式出现。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(南极已经通过)时没有关闭，那么当下面的北极导致通量密度为负时，霍尔开关肯定会关闭。双极霍尔开关利用释放点磁通值的额外余量来实现较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

当前列表的快板双极开关可以在:霍尔效应锁存器和双极开关．

双极数字开关设计实例

考虑到:

• Bipolar Hall在Allegro UA封装中切换：有源区域深度，AAD，（和包装贡献）为0.50毫米，
• 气隙，AG，(必要的机械间隙)0.76 mm，
• 工作温度范围为-20°C至85°C，
• 最大工作点，B_人事处，200克（从-20°C到85°C），以及
• 最小释放点，B_反相，-200克（从-20°C至85°C）。

1. 求总有效气隙TEAG:
2. Teag = ag + aad
3. TEAG=0.76毫米+0.50毫米=1.26毫米
4. 确定必要的助焊剂密度，B，足以操作霍尔开关，加40％。
   为了操作霍尔开关，在整个工作温度范围内，磁体必须在1.26毫米的距离处提供至少±200g。良好的设计实践需要添加额外的助焊剂，为老化，机械磨损和其他巨大的损坏提供一些边距。使用100 g的垫 - 合理的数字 - 所需的磁铁必须在整个工作温度范围内以1.26 mm的距离提供±300g。

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数字锁存

不像双极开关锁存器(本质上是双极的)提供了对操作和释放参数更精确的控制。这个霍尔集成电路被设计成只用一个南极操作(打开)。当南极被移走后，它将继续亮着。为了使双极锁存器释放(关闭)，它必须具有北磁极。这种南极-北极交替操作，如果设计得当，产生的占空比接近50%，如图26B所示。

Allegro提供多种霍尔效应锁存器，专为需要严格控制占空比的应用而设计，如无刷直流电机换向。亚博尊贵会员锁存器也可用于轴编码器、速度计元件和转速计传感器等应用。亚博尊贵会员欲了解当前的Allegro锁定传感器ic列表，请访问:霍尔效应锁存器和双极开关．

平面和垂直大厅装置

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，因此根据磁场对设备的方向，对磁场的感知也不同。平面霍尔器件采用霍尔元件与芯片在同一平面;它能感知垂直于品牌正面的磁场。垂直霍尔器件是由霍尔元件垂直于芯片平面构成的;它的感应磁场垂直于其定义的敏感边缘(相对于包装上的商标面，顶部、右侧或左侧)。

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环形磁铁详细讨论

温度效应

不幸的是，磁铁强度受到温度的影响。表1中给出了一些常见磁性材料的温度系数。

表1。温度效应
材料	温度系数
橡胶/塑料	-0.2%至-0.3% /°C
陶瓷1	-0.15%至-0.2%每°C
Alnico 2,5	-0.02%至-0.03% /℃
alnico 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，在室温下的要求中添加一些额外的磁通密度，以确保在+85°C下每个南极仍有300克。这一数额是：

因此，保证霍尔开关在温度下工作的磁通密度为300 G + 36 G = 336 G /南极，在+25°C。

对于北极的要求，遵循同样的程序。如果磁体在+85°C时为每个南极提供300 G，为每个北极提供-300 G，那么在-20°C时，由于负温度系数，它将为每个北极提供更多的通量密度。

在温度亚博尊贵会员条件更恶劣的应用中，Alnico磁体比陶瓷磁体要好得多。也可以订购定制霍尔开关，其规格可根据应用定制。例如，在特定温度下指定操作点和释放点的范围，如果更适合应用程序，则使用操作点和释放点的温度系数。在定制的基础上，霍尔开关的操作和释放点温度系数小于0.3 G/°C，操作点通量密度小于100 G。

如果打算使用低成本、低磁通密度的环形磁铁，那么在Allegro UA封装(SIP, 1.55 mm总厚度)的设备将是一个不错的选择。AAD为0.50 mm，可以显著改善磁体的峰值磁通密度，如图25所示。如果需要更小的封装或更近的气隙，LH封装(SOT23-W)整体更小(总厚度1mm)， AAD为0.28 mm。

如果你打算使用低成本、低磁通密度的环形磁铁，那么在Allegro UA封装(1.55 mm总厚度)的设备将是一个不错的选择。AAD为0.50 mm，可以显著改善磁体的峰值磁通密度，如图所示图25．

如果转子驱动器能够承受增加的扭矩要求，可以考虑使用铁熔剂浓缩器。用这种方法可以使通量密度提高10%到40%。一个0.8毫米厚的低碳钢浓缩机，与霍尔装置外壳的背面尺寸相同，并与之胶结，将使熔剂密度增加约10%。从设备背面到相邻的电线杆的低碳钢回程路径可以增加更多。通常可以将安装支架和焊剂集中器的功能组合(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。橡胶和塑料磁铁股票是板材。薄片的一面是磁北极;另一边是南方。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得很好的廉价磁性转子组件。橡胶磁铁股票被模切成星形转子形式，如图27所示。如图28所示，尼龙衬套形成了一个轴承。

最后，在组件的背面安装了一个薄的软钢支撑板，以提供机械强度，并帮助引导通量从另一侧的北极返回。这实际上在牙齿之间形成了明显的北极;南极齿之间的测量通量是负的。图29显示了完成的磁转子组件，本质上是一个带有轴向极点的环形磁铁。

霍尔开关安装其有源表面，靠近转子组件的顶部，面向标记的极点。在这种方法中存在一些通用性，因为不对称极可用于制造将允许可调时间的转子，从而使其作为定时凸轮。图30示出了凸轮定时器，调节到180°和180°OFF。

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环形磁铁选择

当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距
• 转速
• 需要机械支撑
• 膨胀系数
• 磁性因素
• 杆：数量，方向和放置精度
• 给定TEAG下的磁通密度（记住将霍尔开关组件的贡献添加到间隙图中）
• 磁温系数
• 环境因素
• 材料对工作环境(温度、化学溶剂、电势)的耐受性

来自几个典型环形磁体的磁通密度曲线包括在下面的附图中，以提出可以从各种尺寸和材料中预期的内容的想法。图31显示了与其尺寸和材料相似的环的曲线图25，但使用10极对而不是20极对（注意增加的通量密度值）。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显示了带有和不带有铁熔剂浓缩器的四极对陶瓷1环的曲线。对环形磁铁的进料检查总是可取的。通过使用商业高斯计或安装在方便的测试夹具上的校准线性霍尔装置进行测量，可以确保磁体在商定的磁性规格范围内。校准霍尔设备和技术援助可从Allegro获取．

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铁质叶片旋转活化剂

黑色叶片转子组件是旋转霍尔开关应用的磁性转子的替代方案。亚博尊贵会员如前面所示，一个磁铁将保持霍尔开关打开，除非有一个转子叶片中断磁通路径并将磁通路径分流离开霍尔开关。使用一个固定磁铁，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。与环形磁铁上均匀间隔的磁极不同，转子叶片的宽度可以是多种多样的。它可以改变霍尔开关的关闭和打开时间，这使设计人员控制输出波形的占空比。铁叶片转子是一个很好的选择，在广泛的温度范围内需要精确的开关。当叶片通过磁铁和霍尔开关之间时，越来越多的流量将被阻塞或分流。侧向位置的微小变化对过渡点的影响很小。

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铁质风向标运行中

图35结合了铁叶片磁铁/霍尔开关系统的视图，以及作为该系统产生的叶片行程函数的磁通密度图。请注意，图纸和图形是沿水平轴垂直对齐的。位置是从叶片的前缘到磁铁/霍尔装置的中心线测量的。

最初,当叶片完全位于左边的磁铁,叶片没有影响和通量密度最大的元素是800 g的前缘叶片靠近磁铁时,叶片的分流效应导致通量密度减少几乎线性的方式。当叶片通过装置中心线时，磁铁被叶片覆盖，磁通密度最小。随着风向标的前进，它开始揭开磁铁。这使得流量增加到原来的值。在此之后，额外的叶片行程对霍尔元件的通量密度没有进一步的影响。

由于存在磁场，位于传感器IC的位置的霍尔开关最初是开启的。在线性降低区域的某个地方，磁通量将低于释放点，霍尔开关将关闭。它将保持关闭，直到越来越多的通量达到该特定霍尔开关的操作点。回想一下，操作点磁通密度大于该特定霍尔开关的滞后量的释放点通量密度。

霍尔开关保持关闭的间隔（从霍尔开关释放点的时间，直到下一个操作点）由叶片的实际宽度和磁斜率的陡度以及操作和释放来确定霍尔交换机的点磁通密度（SwitchPoint阈值）值。这个间隔被称为有效的叶片宽度，并且总是大于物理叶片宽度。

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转子设计

两个常用的转子配置是磁盘和杯子，如图36所示。

该磁盘易于制造，因此常用于机器控制等小批量应用。亚博尊贵会员必须考虑转子的轴向运动。叶片激活的开关很好地容忍了这一点，但转子不能击中磁铁或霍尔开关。

杯子转子稍微难以制造，因此更昂贵，但处理单个径向距离简化了计算并允许对输出波形进行精确控制。对于杯子转子，径向轴承磨损或游戏是确定间隙的重要因素，而轴向游戏相对不重要。杯子转子已在汽车点火系统中非常成​​功使用。停留范围由转子设计时的叶片到窗口宽度的比率决定。在精心设计的系统中，点火点稳定性可以保持在每度摄氏度±0.005分配器度。

材料

叶片由低碳钢制成，以最大限度地减少残留磁性并提供良好的分流作用。选择叶片厚度以避免它必须分流的磁通密度值的磁饱和度。叶片材料通常在0.8和1.5mm之间。

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叶片/窗口宽度，转子尺寸

通常，转子上最小的叶片和窗户应该是磁极宽度的至少一个和一半倍，以提供足够的分流作用，并在关闭和磁通密度的值之间保持足够的差异。

表2中列出了三种情况下的最大磁通密度（窗口位于磁铁上方时获得）、最小磁通密度（叶片位于磁铁上方时获得）以及两个值之间的差值：

• 叶片和窗的宽度与磁极的宽度相同
• 叶片和窗宽为磁极宽度的1.5倍
• 叶片和窗的宽度是磁极宽度的两倍

在每个样品中，磁铁是6.4×6.4×3.2mm钐钴，气隙为0.3mm，转子叶片由1mm温和的钢材制成。

表2.磁通密度，B，各种叶片和窗口位置和相对尺寸
相对于品种中心线的位置	叶片和窗宽系数相对于磁极面
	1.0×	1.5×	2.0×
窗口居中	630克	713克	726 G.
叶片居中	180克	100克	80克
窗口居中-叶片居中	450克	613克	646克

如果需要有许多窗口和叶片的小型转子，则必须使用小型稀土磁铁，以确保有足够的磁通密度，以保证可靠的运行。例如，一个2.5毫米的立方钐钴磁铁使它可以实际制造一个直径31.8毫米的转子多达10个窗口和叶片。更少的叶片，甚至进一步缩小尺寸是可能的。

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为一致的开关陡峭的磁性斜坡

对于最常见的叶片配置，通量密度与叶片行程的关系图在过渡区域非常接近线性（参见图35）．霍尔开关操作和释放点落在这些线性过渡区域中，并且很容易看出，如果这些值改变，导致切换的叶片的位置也必须改变。图37示出了作为两个不同磁路的叶片位置的函数的磁通密度。在一种情况下，磁斜率为98g / mm。在第二种情况下，它是107克/ mm。

如果98 G/mm系统与霍尔开关一起使用，该开关的工作点通量密度为300 G，在25°C时，该设备将在该温度下，当叶片超过窗口中心2.2 mm时开启。如果霍尔开关的工作点在125°C的温度下达到400g(这表示霍尔开关温度系数为1g /°C)，叶片必须移动到3.1 mm，开关位置改变约1mm。如果在第二个系统中使用相同的霍尔开关，坡度为107 G/mm，那么工作点只会移动0.5 mm，或一半，因为坡度是原来的两倍。

典型叶片系统的斜率范围为40 G/mm到590 G/mm，并受磁铁类型和尺寸、磁路和总有效气隙的影响。有趣的是，虽然滑动操作可以给出非常陡峭的斜坡，但过渡点很大程度上受侧向运动(气隙变化)的影响;因此，在涉及间隙或轴承磨损的应用中，通常首选叶片。亚博尊贵会员

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小的空气间隙为陡峭的斜坡

气隙应与机械系统允许一样小。要考虑的因素是：

• 叶片材料厚度和叶片半径
• 最大偏心率（用于杯形叶片）
• 轴承公差和磨损
• 由于安装注意事项，温度变化了气隙

在图38中，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。请注意，仅显示下降过渡区（上升过渡区是对称的）。水平轴上的距离已从叶片前缘测量。

表3。图38的关键字 样品采用两块钐钴立方磁铁，Allegro U包装
图表符号	气隙 (毫米)	过渡 区域坡度 （g / mm）	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
*圆柱形浓缩器，由低碳钢制成，直径3.2 mm，长度6.4 mm，安装在Allegro U包装箱的非品牌表面

在图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包经常用于铁叶片应用，因为它有一个浅的活动区域深度。亚博尊贵会员

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通量集中器有红利

如果经济或规模考虑因素决定使用用于图38的较小磁体，而机械考虑因素决定较大（3毫米）的气隙，但是由此产生的磁通密度和斜坡（曲线8）不够好？图38中的曲线7显示了通过添加简单的助熔剂浓缩器可以实现的非常大的改进。在该示例中使用的那些直径为3.2毫米，长度为6.4毫米，并在霍尔开关后面固定。

助焊剂浓缩器设计实例

刚刚考虑的磁铁/集中器配置（曲线7，图38）似乎提供了高性能/成本比。以下是使用63.5毫米直径的杯子转子在汽车点火系统中使用的评估。

本申请的初始时序和宽操作温度范围要求通常是LED设计人员在+ 25°C的最小和最大操作或释放点的方面指定自定义霍尔开关，以及在工作温度下的最高温度系数。范围。

代表性规格可能是:

• 25°C操作点，最小，B_人事处(min) = 300 G
• 25°C操作点，最大，B_人事处(max) = 450 G
• 25°C释放点，最小，B_反相（分钟）= 200克

温度系数：

• ΔB_人事处/Δ T，最大= 0.7 G/°C
• ΔB_反相/δt，最大= 1g /°C

固态霍尔效应点火系统可以设计为在霍尔开关的操作或释放开关点上射击。对于该示例，系统在操作开关点火，因此，霍尔开关的操作点规格（在125°C时在300和450g之间）将确定火花的初始时序中的不确定性量。机械系统可能也会产生贡献，但这在这里不考虑。

图39示出了作为叶片行程的函数的传感器IC的位置处的测量的磁通密度。曲线的形状（仅示出过渡区域）需要解释。由于平坦的最小和最大磁通区域是无关紧要的，因此在绘制下降过渡的数据时从叶片前沿测量到磁体中心线的方便，以及从叶片后缘到磁体中心线的数据，同时绘制升高的数据过渡。这导致曲线具有与叶片通过时所采取的所有数据相同的外观，然后绘制磁体中心线，然后删除低通量区域，并且将包含线性过渡区域的部分连接在一起。（简单地省略了扁平的高通量区域。）

从该图中，该系统的过渡区域的磁斜率为每毫米叶片行程约223克。基于转子直径（63.5mm）的计算显示，每个分销商的叶片行程为0.55毫米。从图39获得的223g / mm斜率相当于每个分销商程度的125克。从规格中，众所周知，当磁通量在300克和450克之间，霍尔开关将运行，留下150g的不确定性窗口。在25°C时，这种不确定性将是：

如果总有效气隙发生改变，将对初始时间不确定性产生额外的影响，因为这会影响磁通量密度/叶片行程曲线的形状或斜率(图39)。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

早期的霍尔开关操作点温度系数约为0.2 G/°C。将其转换为每摄氏度的分配器度，取:

因此，分配器定时将改变0.16度以使温度变化为100°C。

典型的钐钴磁体温度系数为-0.04％/℃。在该速率下，375g在25℃下的磁场将在125℃下减少至360克。将该速率应用于来自图39的数据（具有223g / mm的磁斜率），在图40中，系统在125°C下具有额外的叶片行程要求。这可以计算为：

这转化为时间的时间变化：

对于100°C的温度变化。

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计算停留角度和占空比变化

在传统的系统中，停留角是分布器点关闭时的分布器度数。这对应的时间电流可以流动在点火线圈初级绕组。在这个例子中，从霍尔释放开关点到下一个操作开关点(有效叶片宽度)，电流在线圈中流动。出于怀旧的原因，假设一台八缸发动机，它需要一个带有八个窗口和八个同等大小的叶片的分配器转子。因此，一个窗口叶片部分占有45分压度，将点燃一个汽缸。假设375 G的典型的大厅设备操作开关点25°C(图40),和一个25°C版本的260 G(图40 B),从图40中我们发现点火点前将关闭1毫米叶片前缘通过磁铁中心线,他们将打开后1.5毫米叶片后缘通过磁铁中心线。计算有效叶片宽度比机械叶片宽度大多少，如下所示:

这给了一个停留角(45°+ 4.54°)= 49.54分布度在25°C。占空比是：

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下为445g（图40中的C）和360g（图40中的D）。然后+ 125°C的停留角是：

占空比是：

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轴承磨损的影响

叶片的±0.3 mm径向移动，其位置调整到霍尔开关的近似操作点，给出了测量的±6 g的变化。这转换为:

这相当于0.097曲轴度。

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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，就必须小心地设计安装件。已经发现，用铝或黄铜形成的支架来支撑磁铁或霍尔开关，往往会对系统造成显著的温度相关误差。使用模压塑料外壳已被证明是较好的安装技术之一。

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正交

双元件器件(包括使用平面和垂直元件组合的2D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，数字输出失相。这些信号可以通过处理来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，并且目标磁极和两个霍尔元件（E1和E2）的间距之间必须保持正交关系。正交关系产生的霍尔开关相位分离
90°。为了最佳性能，该装置应由环形磁铁一起致动，该磁铁致动，该环磁体向设备领域的前部，杆间距两倍于霍尔元素到元件间距。然后，周期（t）等于极间距（p）的两倍，如图41和42所示，下面的等式。这将产生一个
正弦磁场，其周期相当于元件间距的四倍。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，间距被定义为1.63 mm:

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

二维双输出器件使用垂直和平面霍尔元件的组合来感知二维(2D)，提供与磁极间距无关的近乎理想的正交信号;不需要进行优化。

增强的考虑

个人校准技术

在某些应用程序中亚博尊贵会员,这可能需要vane-Hall设备组件运行在一个窄的叶片边缘位置比是可能的与实际操作角度规范大厅设备,例如,如果它是必要的,以降低初始时间窗口在点火分电器的例子。一种解决方案是个人校准。可能的技术包括以下部分或全部:

• 通过改变磁体位置调节气隙
• 调整霍尔装置背面磁通集中器的位置
• 调整安装在霍尔器件背面的小偏置磁铁的位置
• 以小的增量将磁铁输掉，从而降低磁斜率，因此增加了温度效应
• 以类似于旋转汽车分配器来改变定时的方式，调整霍尔装置-磁铁组件相对于转子的位置

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操作模式:正面和滑动

最常见的操作模式是正面(见图12B.）和滑动（参见图13）．正面模式简单，对横向运动相对不敏感，但不能在机构过度伸展可能损坏霍尔装置的地方使用。典型的正面操作的磁通密度图(见图43)显示，在磁通密度较低的情况下，磁倾角相当浅，这是一个缺点，通常需要极端的机构行程和霍尔设备的操作和释放开关的磁通变化的极端敏感性。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，可以合理陡峭的斜坡（约394克/毫米），并且机制过度行驶没有问题。然而，对于横向播放非常敏感，因为磁通密度随着气隙的变化而变化。这可以清楚地看出图44的曲线，其中磁通密度曲线被绘制用于通过各种空气间隙的操作进行实际滑动操作。显而易见的是，如果需要精确的切换，操作机构可以很少。

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操作模式增强:复合磁铁

推拉

由于平面霍尔开关的有源区域接近包装的品牌面，它通常通过磁南极接近该面来操作。也可以通过在包的背面加一个磁北极来操作霍尔开关。虽然很少单独使用北极，但推挽结构(在贴牌一侧同时使用南极，在背面同时使用北极)可以提供比单个磁铁更大的磁场强度(见图45)。也许更重要的是，推挽安排对横向运动相当不敏感，如果涉及松散装配机构，则值得考虑。

图46显示了实际推拉滑块结构的磁密度曲线，该结构的磁斜率约为315 G/mm。

推推

另一种可能性，可以通过在头部模式下使用推送配置（参见图47）来创建具有相当陡坡的双极字段（其也是线性的）。

在图47所示的推-推，正面模式配置中，当机制居中时，磁场相互抵消，使该位置的磁通密度为零。图48显示了这种配置的通量-密度图。曲线呈线性，较陡，优于315 G/mm。这种机构对侧向运动相当不敏感。

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有偏见的操作

还可以通过将固定的北或南极放在它后面来改变操作和释放点来偏离霍尔设备。例如，附着在反向面上的北极将把设备配置为通常导通，直到在相反方向上提供更强的场的北极接近相对的面（图49）。

图50-52展示了附加的幻灯片技术。复合磁体用于推拉滑动配置，以实现685 G/mm的磁斜率。稀土磁体可用来获得陡得多的斜坡。通量密度曲线可达3937 G/mm。

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改进磁路，提高磁通量密度

磁通量在空气、塑料和大多数其他材料中很难通过。因为没有激励磁通从激活磁流过(塑料和硅)霍尔器件，只有一部分磁通真正流过。天平绕着装置流动，然后通过阻力最小的路径回到另一极(图53)。

然而，磁通量很容易流过铁磁性材料，如低碳钢。空气的阻力比低碳钢的阻力大几千倍。

在霍尔设备应用中，目标是最大限度地减少磁南极，通过霍尔设备的磁通路径的不情愿，并返回北极。用于霍尔器件的最佳可能磁路将为磁通提供铁路路径，如图54所示，具有唯一的“气隙”是霍尔设备本身。

虽然完整的黑色金属磁通路径通常是不切实际的，但在需要未受检测或未受干扰的助焊场的应用中，不必要的，甚至不可能是不可能的，这是一个有用的概念，其指向用于改善通量密度的许多非常实际妥协的方法。亚博尊贵会员

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通量集中器

助熔剂是低碳（冷轧）钢磁导体。它们用于通过霍尔元素提供从磁南极的低磁阻路径，然后返回北极。磁通集中器可以采取多种形式，并且通常允许在小尺寸或经济性重要的应用中使用更小或更少昂贵的磁铁（或更便宜，较低的敏感的霍尔设备）。亚博尊贵会员每当需要或优选增加霍尔设备的磁通密度时，它们具有值。增加高达100％的可能性。

图55给出了一个集中器有效性的例子。两个面板显示相同的磁铁(钐钴磁铁6.4毫米平方和3.2毫米长)和安装(AG = 6.4毫米)。在面板A中，霍尔器件有源区域的磁通密度为187g。在面板B中，当集中器直径3.2 mm，长12.7 mm时，通量密度增加到291 G。

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集中器的大小

霍尔器件的有效面积通常为0.3 mm平方。最好的结果是将浓缩器的末端削成近似相同的尺寸。然而，使用Allegro UA组件时，从激活区域到组件的背面只有1.1毫米。由于这个距离，集中器稍大的一端会导致活性区域的通量密度较高。如果端部太大，则通量不够集中。图56A, 56B和56C说明了使用圆柱形通量浓缩器和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。

为方便使用，采用了圆柱形浓缩器，但浓缩器的本体对浓缩效果影响不大。重要的因素是最靠近霍尔元件的磁铁端形状、位置和表面积。

其他集中器配置的有效性可以很容易地通过使用校准的线性霍尔器件或商业高斯计来测量。

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将磁铁安装到铁板上

将磁铁安装到黑色板上，在霍尔元件的助焊剂密度额外增加。使用与图56C的相同的配置，其产生291g，注意图58a和58b中获得的可用磁通量，加入黑色板。

图59显示了一种可能用于环形磁铁应用的集中器。使用延伸到相邻北极的通量集中器，通量密度从265 G增加到400 G (0.4 mm气隙)。注意，聚光器在霍尔器件的中心有一个凹坑或台面。在大多数应用中，亚博尊贵会员台面将大大增加通量密度在一个平坦的安装表面。

引力和扭曲的通量场

每当使用助熔剂集中器时，磁体和浓缩器之间存在有吸引力。这可能对应用有害。

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通孔

图60显示了使用磁性导体通过有色金属外壳输送磁通量的示例。小型电动机的转子端部安装有一个3.2 mm立方钐钴磁铁，如图所示。一根3.2毫米立方铁导线穿过合金外壳，在它和磁铁南极之间有0.8毫米的气隙。霍尔开关安装在另一端，后面有一个磁通集中器。

通常，馈电应具有大致相同的横截面积和形状，与磁端头一样。该概念可用于通过任何有色金属馈送通量，例如泵箱，管道或面板。

图61的两条曲线示出了对馈电长度的磁通密度的影响，以及霍尔开关后面的磁通集中器的贡献。用焊剂集中器获得曲线A的值，其中曲线B没有它。在这两种情况下，通过最短的馈电尺寸L实现了最高的助焊剂密度，即3.2mm。峰值通量密度为350克，配备助熔剂到位，240克没有它。

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磁铁选择

磁体必须在工作环境中以总有效气隙可靠地运行。它必须适合可用的空间。它必须是可安装的、负担得起的和可用的。

优点

一般适用于磁性材料的优点数字如下:

• 剩余感应(B_R.)。磁场有多强?
• 强制力（h_C)。磁铁抵抗外部退磁力的能力如何?
• 最大能量积（BH）_马克斯)为高斯-欧斯特兹× 10^6.．一个强大的磁铁，也非常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，操作或释放开关的变化率，单位为每摄氏度高斯。随着温度的变化，磁体的强度会发生多大的变化?

磁性材料

钕（NefeB）。新的钕 - 铁 - 硼合金填补了高能量产品，适度价格的磁铁材料。磁铁通过称为方向压榨烧结（OPS）的粉末金属技术或包含喷射浇铸和常规成形技术的新方法产生。目前的工作是针对降低生产成本，增加工作温度范围和降低温度系数的作品。可以通过使用现代涂料技术来克服与材料氧化有关的问题。它们的最大能量产品范围为7至15 MGOE，具体取决于用于生产材料的过程。

稀土钴是一种稀土金属(如钐)与钴(缩写为RE钴)的合金。这些磁铁在所有类别中都是最好的，但也是价格最贵的，价格相差差不多。对机加工来说太硬了，如果需要整形，就必须进行研磨。它们的最大能量产品，也许是衡量磁体质量的最佳单一指标，大约是16 × 10^6.．

Alnico是一种含铝、镍、钴、铁和添加剂的合金，可赋予广泛的性能。这些磁铁强度大，价格昂贵，但不如稀土钴。铝镍钴磁铁可以通过在模具中压制金属粉末并加热来铸造或烧结。烧结铝镍钴非常适合大批量生产小型、形状复杂的磁铁。它具有更均匀的通量密度，机械性能优越。铸铝镍钴磁铁一般更强一些。非取向或各向同性的Alnico合金(1,2,3,4)比取向合金(5,6,5 - 7,8,9)价格更低，磁性更弱。Alnico太硬太脆，只能通过磨削来成形。其最大能量产品范围为1.3 × 10^6.至10 × 10^6.．

陶瓷磁体含有钡或锶铁氧体(或该组的另一种元素)，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，在化学上是惰性的，并且具有很高的矫顽力值。与Alnico一样，陶瓷磁体可以用部分或完全定向制造，以获得额外的磁性强度。它们比Alnico便宜，但又太硬太脆，只能通过研磨成形。最大能量产品范围为1 × 10^6.3.5 × 10^6.．

Cunife是一种由镍和铁组成的韧性铜基合金。它可以被冲压、模压、拉伸或轧制成最终形状。它们的最大能量产品约为1.4 × 10^6.．

铁 - 铬磁铁具有类似于Alnico 5的磁性，但在最终老化处理之前，足够柔软以进行加工操作。它们的最大能源产品约为5.25×10^6.．

塑料和橡胶磁铁由钡或锶铁氧体在塑料基体材料。它们非常便宜，可以根据特定的基体材料以多种方式成形，包括冲压、模压和机械加工。因为使用的橡胶是合成橡胶，而合成橡胶也是塑料，所以这两种材料之间的区别是不精确的。通常，如果一个塑料磁铁是柔性的，它被称为橡胶磁铁。其最大能量产品范围为0.2 × 10^6.至1.2 × 10^6.．

选择磁力强度

磁铁必须具有足够的磁通密度，以达到所需气隙处的霍尔开关最大操作点规格。良好的设计实践建议增加另外50至100 G的保险，并检查在预期的极端温度下是否有足够的通量。

例如，如果霍尔设备数据表指定了在25°C时的350g最大工作点，在添加100g垫后，在25°C时它有450g。当工作温度要求为70℃时，规格为450g + 45g = 495g(计算时，使用0.7 G/℃工作点系数和1g /℃释放点系数)。因为大多数磁体的温度系数是负的，这个因素也需要一些额外的通量在室温下，以确保高温操作。

强制力

如果操作环境将使磁体受到强大的退磁场，例如在交流电机转子附近遇到的磁场，矫顽力就变得很重要。对于这些应用，具有亚博尊贵会员高矫顽力的永磁体(陶瓷，Alnico 8，或最好的，RE钴)被明确指出。

价格和峰值能源产品

普通的永磁材料及其磁性概述于表4中。成本列显示了为磁铁及其峰值能源产品支付的价格之间的关系。

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表4.磁性材料的性质
材料	最大能源产品 (G-Oe)	剩余的感应 (G)	强制力 (Oe)	温度系数 %/摄氏度	成本	评论
重新钴	16×106.	8.1×103.	7.9×103.	-0.05	最高	最强大，最小，抵抗最佳地磁
Alnico 1,2,3,4	1.3到1.7×106.	5.5至7.5×103.	0.42至0.72×103.	-0.02至-0.03	中等的	Nonoriented
Alnico 5,6,5 -7	4.0至7.5×106.	10.5到13.5×103.	0.64至0.78×103.	-0.02至-0.03	中等到高	面向
alnico 8.	5.0到6.0×106.	7到9.2×103.	1.5至1.9×103.	-0.01至0.01	中等到高	定向，高矫顽力，最佳温度系数
alnico 9.	10×106.	10.5×103.	1.6×103.	-0.02	高	导向，最高能量产品
陶瓷1	1.0×106.	2.2×103.	1.8×103.	-0.02	低的	不值，高矫顽力，硬，易碎，非导体
陶瓷2,3,4,6	1.8到2.6×106.	2.9到3.3×103.	2.3至2.8×103.	-0.02	低介质	部分取向，非常高的矫顽力，硬，脆，非导体
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	中等的	全取向，高矫顽力，硬，脆，非导体
卡尼夫	1.4×106.	5.5×103.	0.53×103.	-	中等的	韧性好，可冷成型和机械加工
Fe-Cr	5.25×106.	13.5×103.	0.60×10.3.	-	中等的	在进行最终老化处理之前，可以使用机器
塑料	0.2至1.2×103.	1.4到3×103.	0.45到1.4×103.	-0.02	最低	可以模压，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至11.75×103.	5.3至6.5×103.	-0.157到-0.192	中等偏上	Nonoriented

高级应用程序亚博尊贵会员

电流限制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。他们的反应范围从直流电到千赫区域。在大电流应用中，导体不需要中断。亚博尊贵会员欲了解Allegro电流传感器ic的最新列表，请访问:yabo live ．

围绕导体的磁场通常不足以运行霍尔效应装置（参见图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。半径为12.7 mm，电流为1000 a，霍尔装置处的磁通密度为159 G。

对于低电流应用，考虑使用环形的使亚博尊贵会员用，如图63A和63B所示，以增加通过霍尔元件的磁通密度。在环形中的1.5毫米气隙中，对于Allegro U包，只有在图63b中所示的电路中将存在6g / a的磁增率。为了提高电路的灵敏度，考虑在环形环绕环的绕组绕组，如图63A所示。图63A中的示例具有14圈，因此将具有84g / a的磁增率。

芯材可以是用于低频测量的铁氧体或低碳钢(C-1010)，也可以是用于高频测量的铁氧体。亚博尊贵会员

主要关注的是:

• 当电流降至零时，磁芯应保持最小的磁场
• 气隙中的磁通密度应该是电流的线性函数
• 气隙在工作温度范围内应该是稳定的

芯的横截面尺寸是气隙尺寸的至少两倍，以确保间隙中的合理均匀场。例如，具有1.5mm间隙的环形横截面应具有至少3mm×3mm的横截面。

另一个简单且廉价的应用如图64所示。适当直径的圆环由1.6 mm厚和4.8 mm宽的低碳钢材料制成。所述端部形成为适合于霍尔装置的中心部分的每一侧。这种技术的一个优点是，可以将圆环体放置在导体周围，而无需断开导体。

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多匝应用亚博尊贵会员

在选择图63A中所示的圆环的圈数时，有几个注意事项。

霍尔开关

保持100至200g范围内的磁通密度进行跳闸点。可以在该范围内提供磁性参数的窄分布。例如，将大厅开关转换为10 A：

霍尔线性

为了最大化输出信号/静态输出漂移比，最好使磁通密度大于100 G。比率传感器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设备允许针对特定应用定制灵敏度和/或静态输出漂移。有关Allegro线性ICs的当前列表，请访问：线性位置传感器ic．

对于需要许多匝数的低电流应用，缠亚博尊贵会员绕一个筒管，将它滑过铁芯，用一个支架形极片通过霍尔装置完成磁路，如图65所示。

通过这种筒管支架配置，可以测量低毫安范围的电流或使用霍尔开关更换继电器。要以10 mA（±20％）激活霍尔开关，请使用具有200g（±40g）操作点的设备，筒管绕组需要：

这将是实际的调整气隙最终，更精确的校准。在所有情况下,小心不要把包装压得太紧．

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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集成电路主要用于检测磁场中相对较小的变化——这种变化太小，无法操作霍尔效应开关装置。它们通常是电容耦合到放大器，这将输出提升到一个更高的水平。

作为运动探测器，齿轮齿传感器IC和接近探测器（图66），它们是磁力驱动的机械事件镜。作为电磁器的敏感监视器，它们可以通过可忽略的系统负载有效地测量系统性能，同时提供污染和电嘈杂环境的隔离。

每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔元件、线性放大器和发射极-跟随输出级。在单片芯片上使用霍尔元件和放大器可以将处理微小模拟信号的问题降到最低。

输出NULL（静止）电压标称为电源电压的一半。呈现给霍尔效应传感器IC的品牌面孔的南磁杆将驱动高于空电压电平的输出。北磁极将驱动下键水平以下的输出。

在运行中，瞬时和比例输出电压水平依赖于设备最敏感区域的磁通密度。在允许的最高电源电压下获得最大的灵敏度，但以增加电源电流和轻微的输出对称性损失为代价。传感器IC输出通常是电容耦合到放大器，提高输出高于毫伏水平。

在图67和68中所示的亚博尊贵会员两个应用中，永久偏置磁体在环氧包的背面附接到环氧树脂胶。封装面上的黑色材料的存在然后用作磁通浓缩器。

如果霍尔效应IC是感测亚铁材料的存在，则磁铁的南极连接到封装的背面。如果集成电路是感测过的黑色材料，则磁铁的北极连接到背面。

已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IC的实际磁通密度。

黑色金属探测器

两种类似的探测器设计如图69和图70所示。第一种探测器感测黑色金属的存在；另一个感觉到金属的缺失。这两种感应模式只需将磁极相对于传感器IC反转即可实现。在这两种情况下，磁铁的磁极都固定在包装的无品牌一侧。

通过改变用于低频断点的输入去耦电容的值，容易地控制该电路的频率响应特性。如果需要高频衰减，则可以使用电容器来分流反馈电阻器。

金属传感器集成电路磁铁的北极固定到线性传感器IC的后侧。该装置与2.4mm环氧板的底部接触。输出变化（减小）产生为25 mm钢球卷在装置上。该信号由运算放大器放大并反转，并驱动NPN晶体管接通。

缺口传感器集成电路磁铁的南极固定在线性传感器IC的背面。传感器IC距离钢转子边缘0.8毫米。一个1.6 mm宽3.2 mm深的槽在转子边缘通过传感器IC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。

注意，在两个示例中，传感器IC的品牌侧面面向感测的材料（或缺乏材料）。在这两种情况下，黑色金属的存在（或不存在）改变了霍尔效应传感器IC的磁通密度，以产生负输出脉冲。脉冲由放大器反转以驱动晶体管开启。

打印机应用程序

图71中的组件感知字符鼓上的叶。裂片围绕滚筒的周长间隔4.8 mm;它们宽6.4毫米，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集成电路是带有磁铁的反向偏置。北极贴在包裹的背面。将助焊剂浓缩器贴在贴有商标的表面上。虽然它不提供磁通返回路径，集中器将通过开关聚焦磁场。

如图72所示，在0.254 mm的气隙距离与鼓瓣对齐。输出的变化被放大，形成一个3v的输出，从运算放大器，驱动晶体管，如图73所示。

在这种配置中灵敏度非常大，即输出信号基线非常紧密地跟踪鼓中的偏心。这会影响叶片分辨率，但仍然可以测量叶片位置。

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使用校准设备

校准的线性传感器IC是一种准确，易于使用的工具，用于测量磁通密度。每种设备都被单独校准，配有校准曲线和灵敏度系数。虽然校准在南北800g字段中执行，但传感器IC对于测量两个极性的测量。

为保持校准通量测量的准确性，需要一个严密调节的（±10 mV）电源。环境温度范围也必须保持在21°C到25°C之间。

VCC引脚接电压VCC, GND引脚接地，VOUT引脚接高阻抗电压表。使用前，应将设备通电并使其稳定一分钟。

灵敏度系数可用于精确计算助焊剂密度。首先，确定0 g下方设备的空输出电压或null（静态）字段条件。然后，通过对所讨论的通量进行扫描来读取应用现场条件下的设备的输出。设备上的磁通密度可以通过以下计算：

在哪里：

V._外（B）是v施加磁场下的输出电压，
V._(问)为输出为V的静态场，
S为灵敏度系数，单位为mV/G, B为器件处的磁感应强度，单位为G。

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词汇表

活动区域：封装IC芯片上的Hall元件的网站。

气隙：从磁极或目标表面到包装表面的距离。

安培 - 转（ni）：Mks磁力传递单元。

安匝/米(NI/m):磁化力的mks单位。每米一安培转等于79.6欧斯特德。

双极的:使用南北磁极操作霍尔传感器集成电路的方法。

矫顽力(Hc):使磁性材料的磁通密度降至零所必须施加的退磁力;以奥斯特。

集中器:任何用来吸引磁力线的黑色金属。

高斯（G）：CGS磁通密度单位。相当于每平方厘米的一个麦克斯韦（MX / cm²）．一个高斯等于10^－4特斯拉。

吉伯特:磁动势的CGS单位。

正面：霍尔传感器IC启动的一种方法。通过将磁极移向或移离封装面，磁场增加或减少。

最大能量产品（BHMAX）：B和H的最高乘积来自磁性材料的退缩曲线。给予高斯oysteds×10_6.（MGOE）。

麦克斯韦(Mx):总磁通量的CGS单位。1麦克斯韦等于10^－8韦伯夫妇。

OESTEDS（OE）：CGS磁化力单位。相当于侏儒/厘米（GILBERTS / CM）。一个奥斯特等于每米125.7安培。

平面霍尔元件：感应垂直于模具平面或封装面磁场的霍尔元件。

残余诱导（BD）：在去除施加的磁动力之后保留在磁路中的磁感应。当磁路中没有气隙时，残余物和剩余诱导是相等的。由于气隙，残余诱导将小于残余诱导。在高斯测量。

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

滑动：霍尔传感器IC启动的一种方法。当永久磁铁横向移动经过封装表面时，磁场增加和减少。

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）．一个特斯拉等于10^4.高斯。

环状物: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的有源区域的距离。

单极：一种使用单个磁极操作霍尔传感器IC的方法，通常是南极。

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倍的相关磁铁宽度)。

垂直霍尔元素：一个霍尔元素，传感垂直于其敏感边缘（顶部，左或右）的磁场。

窗:叶片上一个至少是相关磁铁宽度1.5倍的开口。

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