霍尔效应集成电路应用指南

霍尔效应集成电路应用指南

回答常见的传感器集成电路技术问题,例如“什么是霍尔效应吗?”

亚博棋牌游戏快板MicroSystems公司将最先进的集成电路技术和具有百年历史的霍尔效应融为一体,用以生产全新的霍尔效应集成电路。这些无触点的磁触发开关与传感器集成电路不仅能简化电气和机械系统,还能提高系统的性能。

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• 低成本简化开关
• 高效、精确,低成本的线性传感器集成电路
• 使用于恶劣工作件的敏感电阻
• 应用
• 霍尔效应：工作原理？
• 线性输出霍尔效应器件
• 数字输出霍尔效应开关
• 工作状态
• 特性与公差
• 入门江南
• 分析
• 有效总气隙（Teag）
• 工作模式
• 大斜率与高磁通量密度
• 叶片断续器开关
• 数字霍尔效应器件的电气接口
• 普通接口电路
• 霍尔开关的旋转触发器
• 霍尔开关应用的环形磁体
• 双极霍尔数字开关
• 数量锁存
• 平等和和垂直尔元件
• 环形血型的详细分子
• 温度影响
• 一种成本低廉的选择
• 环形磁体选择
• 铁叶片旋转触发器
• 工作中的铁叶片
• 转子设计
• 材料
• 叶片宽度/开口，转子尺寸
• 较陡的磁性曲线斜率确保可靠的开关
• 小气隙形成大斜率
• 磁通量集中器的投入回报
• 工作点的温度稳定性
• 计算静止角和工作周期变化
• 轴承磨损
• 固定装置好坏也会影响稳定性
• 正交
• 优化举措
• 单独校准技术
• 工作模式：迎面与侧滑
• 工作模式优化：复合磁体
• 磁偏操作
• 通过改善电路来增加磁通量密度
• 通量集中器
• 馈通
• 磁体选择
• 高级应用
• 限流与测流传感器集成电路
• 多圈应用
• 线性传感器IC的其他应用
• 使用经校准的设备
• 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开关在单个集成电路芯片中融合了霍尔电压发生器,信号放大器,施密特触发电路和晶体管输出电路。其输出干净、迅速且不会发生开关跳跃（机械开关的固有问题）。霍尔开关通常以最高 100 kHz 的重复频率工作，而且比普通的电动机械开关的成本要少很多。

高效、精确,低成本的线性传感器集成电路

线路耐光器器材磁偏探测电谱，永久永久体或体的磁场强度中的运动，位置位置变化。能耗极低。输出是线条的，最高为25 kHz。

与电感或光电子传感器相比,霍尔效应传感器集成电路更高效、更精确,成本也更低。

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使用于恶劣工作件的敏感电阻

霍尔效应传感器IC能有效抵御环境中的有害物质,所以适用于在环境恶劣的条件下工作。这种电路非常灵敏，并能在紧公差应用中提供可靠、重复的操作。

应用

霍尔效应IC目前可用于点火系统,速度控制系统,安全系统,校正系统,测微计,机械极限开关,计算机,打印机,磁盘驱动器,键盘,机床,钥匙开关和按钮开关。它们还能用于转速计取样、限流开关、位置检测器、选择器开关、电流传感器、线性电位计、旋转编码器和无刷直流电机整流器。

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霍尔效应：工作原理？

基本霍尔元件是一小片半导体材料，也称霍尔元件或有效面积，如图 1 所示。

图2所示的恒压电源产生的恒定偏置电流,即我_偏见，会在体内片材内内流动。输出电阻v_大厅可沿片材的宽度方向测量。在无磁场的情况下,V_大厅的数值可以忽略。

如果将偏压霍尔元件放在通量线与偏置电流垂直（参阅图 3）的磁场中，电压输出的变化会与磁场强度成正比。这就是在霍尔 (E. F. Hall) 于 1879 年发现的霍尔效应。

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线性输出霍尔效应器件

基本霍尔元件的输出电脑小。当会产蛋，特征在于在电动中。在电气中加一叶的优质dc放大器件和电影仪器（附图4和图5）不合因有效改善输出，还能允许霍尔效应器材在更广的电影范围内工作。改造后的器材能提供易于易于模拟输出，这种线性与与使用的通衔累累密度比例。

要了解快板的线性输出器件的最新产品名录,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

增加内置磁滞的施密特触发阈值检测器，如图 6 所示，能使霍尔效应电路具备数字输出功能。当施加的磁通量密度超过一定限制时，触发器会准确地将关闭状态切换成开启状态，而不必出现触点颤动。内置磁滞会产生一个磁盲区，在经过阈值后，该区域中的开关动作会禁用，从而能消除振荡（乱真输出开关）。

为电路增加集电极开路NPN型或N沟道场效应(场效应电晶体)晶体管(参阅图7),能使开关具备数字逻辑兼容功能。场效应管是一种饱和开关，它会在施加的磁通量密度大于器件开启跳变点的地方，对输出终端进行接地短路。开关能兼容所有数字产品系列。输出晶体管能吸收足够的电流,以直接驱动多种负载,包括继电器、三端双向晶闸管,可控硅整流器(SCR)和灯具。

图 7 所示的电路元件焊装在单晶硅片上，并在小型环氧或陶瓷封装内密封压制，它们是所有霍尔效应数字开关的常用电路元件。霍尔效应器件类型之间的区别主要是规格的差异，如磁力性参数、工作温度范围和温度系数。

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工作状态

所有霍尔效应器件均由磁场激活。必须为器件安装底座并提供电气连接。包括加载电流、环境条件和电源电压必须在数据表所示的极限范围内。

磁场有两个重要特性:磁通量密度B(主要指磁场强度)和磁场极性(磁北极或磁南极)。对霍尔效应器件而言，与其有源区相关的磁场方向也很重要。霍尔效应器件的有效面积（霍尔元件）埋置在硅片上，该硅片与封装的一个特定面平行并略靠近其内部。该表面也被称为标记面，因为它通常是标记型号的一面（每个器件的数据表都会显示距离印记面的有效面积深度）。为使开关以最佳状态工作，必须保证磁通量线以垂直方式横越有效面积（平面霍尔元件的印记面或垂直霍尔元件的感应边缘），而且必须在横越时具有正确的极性。因为有效面积更靠近封装包背部的印记面，并暴露在硅片的印记面一侧，所以采用这种朝向能产生更清晰的信号。

在无磁场的情况下，大多数霍尔效应数字开关都会关闭（输出开路）。只有存在有足够磁通量密度的磁场，并且沿正确的方向具有正确的极性时，这些开关才会开启。例如，磁南极靠近印记面会执行开关动作，而磁北极不会产生任何影响。在应用中，将一小块永久磁体的磁南极靠近平面霍尔开关的印记面或垂直霍尔开关的感应边缘（参阅图 8）会使输出晶体管开启。磁体从任意方向接近时,3 d霍尔开关的输出将打开。

可使用转移特性曲线，以图表形式阐释该原理。图9.和图 10 显示了随霍尔元件中存在的磁通量密度 B（单位：高斯 (G)；1 G = 0.1 mT）变化的输出电压。横轴显示的是磁通量密度。纵轴显示的是霍尔开关的数字输出。注意，此处应用了代数符号约定，即增加的正值 B 表示增强的南极磁场，增加的负值 B 表示增强的北极磁场。例如，+200 B 磁场和 –200 B 磁场的强度相同，但具有相反的极性（分别是磁南极与磁北极）。

如图9所示,在无磁场(0 G)的情况下,开关处于关闭状态,在外部上拉电阻器的作用下输出电压等于电源电压(12 V)。然后使永久磁体的磁南极沿垂直方向靠近器件的有效面积。当磁南极靠近开关的印记面（平面霍尔元件）或感应边缘（垂直霍尔元件）时，霍尔元件会暴露在逐渐增强的正磁通量密度下。当磁场强度达到临界点(本例中为240克)时,输出晶体管会启动,输出电压达到0 V。磁通量密度的该数值被称为工作点B_人事处。继续提高磁场强度不会产生影响;开关已经开打开关，并会一流保持开头。使用到到尔效应仪器的磁场磁场含有上限。

由于内置磁滞的作用,因此要关闭开关,必须使磁通量密度的数值远低于240克工作点(此类图表有时被称为磁滞图表）。在本例中,我们使用90 G磁滞,也就是说,当磁通量密度减小到150 G(图10)时,器件会关闭。磁通量密度的该数值被称为释放点B_RP。

为从该图中获取数据,需要增加一个电源和负载电阻,以限制通过输出晶体管的电流,并使输出电压的数值接近0 V(参阅图11)。

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特性与公差

启动和关闭霍尔开关所需的准确磁通量密度值会因多种因素的影响而不同，其中包括设计标准和制造公差。极端温度条件也会对工作状态和释放点产生一定程度的影响，经常也被称为开关阈值或开关点。

数据表提供了与每种器件类型的工作点、释放点数值和磁滞相对应的最坏情况下的磁特性。

必须保证达到或低于最大工作点磁通量密度时，所有开关都会开启。当磁场减弱时，所有器件都会在磁通量密度降至最小释放点数值以下前关闭。必须保证每种器件都保留最少量的磁滞，以确保开关动作清楚准确。这种磁滞能确保开关输出迅速、准确，而且只会在每次阈交时进行，即使在机械振动或电气噪声环境下也是如此。

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入门江南

由于电气接口通常能直接说明问题，所以霍尔效应系统的设计应从物理方面开始。在位置感应或运动感应应用中，应回答下列问题：

• 有多种种什么类型的运动？
• 需要什么样的角精度和位置精度？
• 固定感应设备和触发磁体的空间有多大？
• 驾驶组件的血迹是多重？
• 在设备的有效使用期内，预计出现的机械磨损程度？
• 产品致招会是重量生产的组件，不仅仅是能单位调节和校准的限制装置？
• 预计的温度算数是多少？

仔细分析一定会让您受益匪浅。

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分析

要对磁体的磁场强度进行研究。磁场的强度在极面上应该是最强的，而且将随着与磁体之间距离的增大而减弱。利用高斯计或校准的线性霍尔效应传感器集成电路可测量磁场的强度,磁场强度分布也是沿设计的磁体运动直线距离的函数。霍尔效应器件的规格(以mV / G表示的灵敏度适用于线性器件,以G表示的工作点和释放点适用于数字器件)可用于确定一种磁体和运动类型的关键距离。请注意，这些磁场强度分布不是线性的，而且磁通量密度曲线的形状很大程度上取决于磁体形状、磁电路和磁体的运动路径。

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有效总气隙（Teag）

有效总气隙(TEAG)是有效面积深度（AAD，AAD，即器件印记面/边缘下方的霍尔元件的深度）与气隙(AG),即封装面与磁体或目标表面之间的距离)之和。气隙(AG) 是一种越小越好的机械间隙，它应符合磁体的尺寸公差、轴承公差、轴承磨损，以及对霍尔开关安装支架的温度影响。图 12A 是随 TEAG 变化的磁通量密度的曲线图，它说明在传感器处封装较薄（Allegro UA 封装的有效面积深度约为 0.50 mm）时，会导致磁通量密度明显增加。其实际增量主要取决于特定磁体的磁通量密度的磁性曲线斜率。注意，图表还显示了其他物理因素对磁通量密度的影响，如器件自身的封装厚度，以及应用的传感器组件的重叠注塑或防护涂层。

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工作模式

即使是简单的条形或棒状磁体，也会有多种可能的移动路径。磁极可沿垂直方向向平面霍尔元件的印记面或垂直霍尔元件的感应边缘移动。这被称为迎面工作模式。图12 b中的曲线显示了随圆柱形磁体的TEAG变化的典型磁通量密度(单位:高斯)。

迎面工作模式很简单，效果也很好，而且不易受到侧向运动的影响。设计人员应注意，如果发生碰撞，过度的机械拉伸可能对霍尔器件的环氧封装造成物理损坏。

第二种配置是使磁体平行于印记面或器件封装的感应边缘，沿霍尔器件左右移动。这就是侧滑工作模式，如图 13 所示。注意，当前绘制的距离不是有效总气隙，而是从磁体中心线到有效面积中心线的垂直距离。指定气隙是因为它有明显的机械重要性,但需要牢记的是,在进行与磁通量密度有关的计算时,必须像以前一样,在使用的TEAG中加入封装厚度。侧滑工作模式通常在可能产生过度机械拉伸时避免接触。与迎面工作模式相比，在精心设计的侧滑磁路中使用强磁体和/或铁质通量集中器不仅能提高传感精度，还能缩短磁体的运动距离。

磁体制造商通常会提供其生产的磁体迎面工作模式下的磁通量密度曲线，但他们通常不会描述侧滑工作模式的特性，这可能因为气隙选择不同，从而会导致这些曲线数量的不确定。然而一旦选定了一个气隙，那么使用已有的迎面式磁体曲线，通过在有效总气隙上标注数值，就能找到侧滑工作模式的磁通量密度的峰值（单个点）

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大斜率与高磁通量密度

对线性霍尔效应器件而言，其在既定位移中的磁通量变化越大，输出就越大 - 这是一种显而易见的优势。数字霍尔效应器件应具有同样的特性，但具体原因可能更微秒。要在既定的应用中实现一致的开关动作，必须在与磁体相关的同一位置开启和关闭霍尔效应器件。

为之阐释该致理性，我们以图14所示示示的磁磁磁磁磁磁磁磁磁曲曲例例当工磁例例。尔效应器材才会开着。如果制造公共或温度温度使工作室变为300 g，铁路a（大斜率）中断动作开着时的距离化不大。但在线B中，距离距离化非常显着。释放点（未显示）也会受到同样的影响。可以对本例中间望明的基本管理进行修改，使其包括机械器材和设备规格公共，这些这些定向可用最最情况设计过的设计将。在后面部分阐释。

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叶片断续器开关

在该工作模式中，触发磁体与霍尔效应器件固定在单独的刚性组件上，两者之间保留很小的气隙。在该位置中，触发磁体会使霍尔效应器件一直保持开启状态。如果在磁体和霍尔效应器件之间放一个铁磁板或叶片（如图 15 所示），叶片就会形成一个磁分路，导致磁场能量从霍尔器件上转向。

采用可移动的叶片是开关霍尔器件的可行方法。霍尔器件与磁体能模压成一个元件，这样就能消除对准的问题，从而可产生极其稳定和可靠的开关组件。中断磁通量的铁叶片或叶片能像在汽车分电器内一样，进行线性移动或回转运动。由于能磁通量密度的大斜率/距离曲线，所以铁叶片组件经常用于在较大温度范围内进行精确开关的操作。

铁叶片能做成多种外形，如图 16 所示。采用与图16 b类似的线性叶片能在125°C的温度范围内,重复感应以0.05毫米内的位置。

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数字霍尔效应器件的电气接口

数字霍尔开关的输出级是一个常用的开极NPN型三极管(参阅图17)。其使用规则与其他所有类似的开关三极管一样。某些数字霍尔器件尤其是微功率器件可能有使用MOSFET器件创建的推挽式输出级。这些器件不需要外部上拉电阻器。具体信息，请参阅器件数据表。

当三极管关闭时,其具有很小的输出漏流(一般只有几毫微安),通常可以忽略不计,而且不得超过最大(击穿电压)输出电压(通常为24 V)。

当三极管打开时，输出短路至常见电路中。流过开关的电流必须经过外部限流,使其低于最大电流值(通常为20 mA),以防止开关损坏。通过开关的压降V_CE(坐)) 将会增加，从而获得较高的输出电流值。确认该电压与要控制的电路的关闭(或“逻辑低”)电压相一致。某些数字霍尔传感器（例如针对汽车应用的传感器）设有内置限流功能，用于保护输出级。具体信息，请参阅器件数据表。

霍尔效应器件的开关非常快，其上升和下降时间通常在 400 毫微秒范围内。这是少有的显著优势，因为开关时间几乎全部由反应更慢的机械部件控制。

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普通接口电路

图 17 显示了霍尔数字开关的简化图解符号。它能使后面的详细说明更易于理解。

数字逻辑集成电路的接口通常只需要一个适用的电源和负载电阻。

采用消耗电流的逻辑系列电路时,如迪泰或流行7400年的TTL系列(图18),霍尔开关在开启时,只须消耗常见电路一个单位负载的电流(TTL最大为1.6 mA)。如果采用CMOS门电路(图18 b),除开关瞬态外,只有负载电阻上有电流通过(此例中约为0.2 mA)。

通常,需要灌电流最高为20 mA的负载能直接由霍尔开关驱动。

发光二极管(LED)指示灯是一个很好的例子,它只需要一个电阻将电流限定为一个合适的值。如果在电流为20马时,领导的电压下降1.4 V,可采用下列公式计算一个12 V电源需要使用的电阻:

最近似的标准值是560Ω,从而形成了图19所示的电路。

灌电流超过20 mA需要使用电流放大器。例如,如果需要开4关特定负载,而且必须在触发磁体靠近时开启,可使用图20所示的电路。

当霍尔开关关闭(磁通量不足以使其工作)时,约12马的基极电流会通过1 kΩ电阻流向Q1三极管,从而使其饱和,并将第二季度的基极电流短接至地,以使负载保持关闭。当磁体靠近霍尔开关时,它会开启,并对第一季度的基极电流短接至地,并将其关闭。这允许：

的基极电流流向Q2,该电流足以在负载电流为4或更小时使其饱和。

通过配置外部三极管,霍尔开关能为其“开启”或“关闭”状态提供负载电流。例如,图21显示了使用继电器开启115或230伏交流电负载时,在“开启”状态提供电流的实例。

具有12 V线圈的典型继电器需要40与60马之间(取决于具体继电器)的电流驱动,以在“开启”状态触发,此时高压触点会关闭。要完成此操作,可采用大小合适的PNP型晶体管,如图21所示。

当霍尔开关开启时,马9的基极电流会从PNP型晶体管的基极流出,从而能使其饱和,并允许其驱动足够的电流以触发继电器。当霍尔开关关闭时,不会有基极电流从PNP型三极管流出,所以三极管会关闭,并防止线圈电流通过继电器.4.7 kΩ电阻可在PNP型的基极充当负载电阻,以在霍尔开关禁用时,使其保持关闭状态。沿继电器线圈放有一个续流二极管,以防止因PNP型突然关闭导致PNP型集电极出现开关瞬变。注意,+ 12 V常用电源与AC线路的中性线隔离。这提供了一种相对安全的方式,以利用低压直流电路开关高压AC负载。像以前一样,在处理AC线电压时,必须非常小心,而且要采取适当的安全防护措施。

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霍尔开关的旋转触发器

常见应用包括使用霍尔开关产生与速度、位移或转轴位置成比例的数字输出。旋转应用所需的触发磁场能以下列两种方式提供：

(一)磁性转子组件

将批发的繁体固定在转轴上，固定的霍尔开关在每每经过南南部时代会批发（图22 a部分）。如果在每次旋转时尚更多次发射，有时可通过通讯模压剪切剪切或橡胶磁性材料制作品低成本的转子（参阅廉价替代选项部分）。

也可使用环形磁体。环形磁铁是能在市面上购得的盘片状磁体，其磁极沿磁铁的圆周间隔排列。它们能以可靠和低成本的方式控制霍尔开关。环形磁铁也有其应用局限：

• 磁极位置的精确性（通常在 2 度或 3 度以内）。
• 磁极强度的均匀性（±5％或更差）。

在需要精确开关的应用中，必须考虑这些局限。

(b)铁叶片转子组件

在该配置中,霍尔开关与磁体都处于静止状态(图22 B部分)。转子的每个铁叶片通过时，会中断磁通量并使其转向（参阅图 15）。

叶片开关比环形磁铁略贵，但由于铁叶片的尺寸和外形能精确控制，所以它们经常用于需要精确开关的应用或工作循环控制中。

正确设计的叶片开关能产后大大的镀荷量密度绕线，并能在大大的温度范围执行精灵和稳定的开关动作。

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霍尔开关应用的环形磁体

磁铁磁铁商可口采各不锈钢和外汇生产的，适用于霍尔开关的环形体。磁极的极性方向可以是放射状（图23 a部分），也可能是心心对称的（图2​​3 b部分），在直径25mm的环形磁体上，少数可形成20个磁极对。在尺寸和分数一般的情况下，磁极呈轴心脏对称分布的环形体具有较高的总摩卡多斯密度。

最常用的材料是不同类型的铝镍钴合金,陶瓷1号和以橡胶或塑料为基体材料的钡铁氧体(参阅表 4）。制造商通讯都提供货尺寸和磁极对的选项。也可选择专题定制，但但会加加成本。

Alnico是多重杂志的统称，它们具体的磁性范围。通常，alnico环形环形体有没有最高于的总体卷，当温度变化时，其磁场强度的变气最小高，但同非常坚硬，因此除非打磨，否则很难使其成，而且这些材料很脆，这使得轴承或柄轴很固定。

与磁钢磁体相比,陶瓷1号磁铁(商标为英多克斯钡磁铁,Lodex)的磁通量密度要低一些,当温度变化时,其磁场强度的变化很大。但它们的成本较低，而且具有很强的抵御外部磁场消磁的能力。陶瓷材料可以防止大部分化学物质的侵入，并具有很高的电阻率。与铝镍钴合金一样,相比于霍尔开关和其他半导体,它们具有更出色的耐温性,如果需要进行再成形或修整,必须对其进行打磨。它们可能需要一个支撑柄轴，以减少机械应力。

橡胶和钡铁氧体环形磁体在成本、磁通量密度和温度系数方面与陶瓷 1 号基本相同，但其很软，因此采用常规方法就能对其塑形。在一些应用中，还可将其铸压在轴上。根据特定材料的不同,它们的使用温度限制范围在70°C至150°C之间,而且其磁场相对于温度的变化程度比铝镍钴合金或陶瓷1号要高得多。

无论使用何种材料，环形磁体在极性位置精度和磁极强度的均匀性方面都受到一定限制，这反过来也限制了输出波形的精确性。根据估算,橡胶、塑料和陶瓷磁体上的极性位置通常与目标物体相差±2°或±3°以内,而实际测得的误差为±5°。磁极到磁极的磁通量密度差通常为±5%,虽然也有磁差高达±30%的情况。

图24是直径25.4毫米的典型4磁极对陶瓷环形磁体中,磁通量密度随角位置变化的曲线图,其有效总气隙(TEAG)为1.7毫米(1.3毫米的间隙加0.4毫米的封装厚度)它清楚地显示了极性位置误差和磁极到磁极的磁场强度的变化。

对环形磁体的不断研究，使其具有了足够的磁通量密度，以形成可靠的开关切换。在既定尺寸的环形磁体中，磁极对数量和磁通量密度之间形成了平衡。因此，磁极数多的环形磁体具有更低的磁通量密度。重要的一点是,应使有效总气隙(TEAG)保持最小,因为在很多常见的环形磁体中,霍尔作业区的磁通量密度每毫米会降低200至240克。图25中清楚地显示了这点,这是在典型的20磁极对的塑料环形磁体中,磁极的磁通量密度随TEAG变化的曲线图。

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双极霍尔数字开关

双极开关有一般的磁滞性，但个别器材的开关进入现代在相对相对正极偏负的范围内内。性，故而这些器材适需要紧密排列，南京两极两极使使情况，从而导致所需磁信号幅度Δb最小，但磁场极性能能开关，一般的磁滞能确保周交替能开关。

双极开关的实例是一个最大工作点B_人事处(最大)45 G,最小释放点B_RP-40年(最小),最小磁滞B_沪元(最小)15克的开关。但最小工作点B_人事处(最小)可低至-25克,最大释放点B_RP(最大)可增至30克。图2.6A 显示了具有这些开关点的假设开关的特性。图 26A 顶部的曲线“最小 ΔB”显示了一个小的振幅如何引起开关的切换。“单极模式”开关的开关点完全在正极（南极）范围内，“负单极模式”开关的开关点完全在负极（北极）范围内，“锁存模式”开关的开关点会跨越南极和北极范围（工作方式类似于下节描述的霍尔器件类型，数量锁存）。由图26个底部的V_出去曲线可以看出，对于每种可能性，输出的工作循环都完全不同，但每个磁极交替处的一致开关很可靠。

在前面讨论的使用中，霍尔开关在磁南极（正烧卡）靠近时工作（打开）。当磁南京移移0）时，霍尔开关必须释放（关键词）。在环形梦上上，南北两极都是交替出现的。释放点的总体量密度变得变得，为如果如果尔开关在交通量趋于0（已通过南京）时出版有关部，当紧随的北极北极循环通量。，它一员会关键词。欧尔开关利用这个户外的传输量来批量来到实现低低的工作量通量密度，在环形环形应用中，是一个是一个明显的优势。

要查看快板双极开关的最新产品列表,请访问:霍尔效应锁存与双极开关。

双极数字开关设计实例

给出：

• Allegro ua型封装内的双极霍尔开关：有效面积深度（aad）（与与装厚度）为0.50毫米，
• 气隙(AG)(必要的机械间隙)为0.76毫米,
• 工作温度范围:-20°C至85°C,
• 最大工作室B._人事处200克(从-20°C至85°C),
• 最小释放点b_RP-200克(从-20°C至85°C)。

1. 计算有效总气隙teag：
2. Teag = ag + aad
3. TEAG = 0.76 mm + 0.50 mm = 1.26 mm
4. 确定足以使霍尔开关工作的磁通量密度B加40%。
   要使霍尔开关工作,磁体必须在整个工作温度范围内,以1.26毫米的距离提供至少±200 G的磁通量密度。正确的设计实践需要增加额外的磁通量，以提供一些余量，以应对老化、机械磨损和其他无法衡量的情况。如果要增加100克合理的数值所需的磁体必须在整个工作温度范围内,以1.26毫米的距离提供±300 G的磁通量密度。

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数量锁存

与可能利用磁南极或磁北极释放的双极开关不同，锁存（本质上是双极）能更精确地控制工作和释放参数。这种霍尔集成电路已被设计为只在磁南极工作（打开）。在磁南极移开后，它一直保持开启状态。为使双极锁存释放（关闭），必须存在一磁北极。这种南极——北极交替工作如果设计得当,就能产生接近50%的工作循环,如b图26所示。

快板提供了范围广泛的霍尔效应锁存,它们专门用于需要精确控制工作循环的操作环境,例如直流电机整流。锁存还能用于轴编码器、速度计元件和转速表传感器。要查看快板锁存传感器集成电路的最新产品列表,请访问:霍尔效应锁存与双极开关。

平等和和垂直尔元件

平面和垂直传感器基于相同的物理现象（霍尔效应），但是结构有所差异，因此感应的磁场会根据磁场与器件的方向而有所差异。平面霍尔元件的结构中，霍尔元件与芯片在同一平面上，因此可以感应垂直于印记面的磁场。垂直霍尔元件的结构中，霍尔元件与芯片所在平面垂直，因此可以感应垂直于定义的感应边缘（相对于封装印记面而言，在顶部、右侧或左侧）的磁场。

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环形血型的详细分子

温度影响

可惜的是，磁体强度在一定程度上要受温度的影响。表 1 提供了一些普通磁材料的温度系数。

表 1。温度影响
材料	温度系数
橡胶/塑料	0 - 0.2%至-0.3% /°C
陶瓷1	-0.15%至-0.2% /°C
Alnico 2,5	-0.02%至-0.03% /°C
alnico 8.	±0.01% /°C

如果按照-0.2% /°C的最坏情况的温度系数考虑一个陶瓷1号环形磁体,就需要增加一些额外的磁通量密度,以满足常温的要求,确保在+ 85°C下,每个磁南极仍具有300 G的磁通量密度。数值为：

因此,要确保霍尔开关在温度范围内工作,+ 25°C时的每个磁南极的磁通量密度应为300 G + 36克= 336克。

对于磁北极的要求可采用相同的步骤。如果磁体要在+ 85°C时提供每个磁南极300 G和每个磁北极-300 G的磁通量密度,由于温度系数为负,其在-20°C时将在每个磁北极提供更高的磁通量密度。

在温度条件要求更严格式的使用中，alnico繁体，我们考虑好更多的更多更多。您您可以指定符符应使用要求也定制指定符符磁，以定制霍尔开关。例如，可怕的用途需要，可以应应需要，您可以温度下工作论和释放点的范围，以及工作室和释放点的温度温度数。通常，霍尔开关的工作室和释放点的温度函数小于0.3 g /°C，工作室的总数密度小于100 g。

如果想要使用低成本,低磁通量密度的环形磁体,快板UA型封装(SIP,总厚度1.55毫米)中的器件将是您的最佳选择。作业区深度(AAD)为0.50毫米,这会使磁体的磁通量密度的峰值明显提高,如图25所示。如果需要更小的封装或更小的气隙,左侧封装(SOT23-W)小于总厚度(1毫米),广告为0.28毫米。

如果您需要使用低成本,低磁通量密度的环形磁体,快板UA型封装(总厚度1.55毫米)中的器件将是您的最佳选择。作业区深度(AAD)为0.50毫米,这会使磁体的磁通量密度的峰值明显提高,如图 25所示。

如果转子驱动能承受扭矩增加的需要，那么可以考虑使用一个磁通量集中器。按此方式，磁通量密度能从 10% 增加至 40%。将0.8毫米厚的软钢集中器固定在与其尺寸相同的霍尔开关的背面,能够使磁通量密度增加约10%。从器件背面至相邻磁极的软钢回路能使磁通量密度增加更多。通常可以组合使用固定架和磁通量集中器的功能（参阅图 59的实例）。

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一种成本低廉的选择

创新的设计能产生令人称奇的出色效果。橡胶和塑料磁体入库时按片保存。该磁体片的一面为磁北极，另一面为磁南极。这种材料相对便宜，而且能冲压或冲切成各种形状。

这些属性能确保设计人员制作性能优异、成本低廉的磁转子。橡胶磁体可冲切成星形转子，如图 27 所示。采用尼龙套管做成它的轴，如图 28 所示。

最后，将一个薄的软钢支承板固定在组件的背面，以提供一定的机械强度，并帮助引导磁通量从磁北极返回反面。这确实能帮助在轮齿之间形成明显的磁北极，在磁南极轮齿之间测定的磁通量为复值。图 29 显示了完整的磁转子组件，主要是一个具有轴对称磁极的环形磁体。

对霍尔开关进行固定，使其有效面靠近转子组件的顶部，并面向标记的磁极。这种方法具有多功能性，因为这样分布不均的磁极可用于制作打开时间能灵活调节的转子，因此可用作计时凸轮。图30显示了能调至180°开,再调至180°关的凸轮计时器。

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环形磁体选择

当与磁体销售商讨论应用需要时，要考虑以下因素：

• 机械因素
• 尺寸与公差
• 固定孔类型和最大离心率
• 旋转速度
• 所需的机械支撑
• 膨胀系数
• 磁性因素
• 磁极：数量、朝向和位置精确度
• Teag既定时的镀荷荷载密度（请记住位在间隙数码中加热器开关的包装分数）
• 磁性温度系数
• 环境因素
• 材料对工作环境的容限（温度、化学溶剂和电势）

下图中列举更多种典型磁体的总体传输密度线，以便就不锈钢和材料，提供专业建议。图31显示了图 25中的磁体尺寸和材料类似的环形磁体的曲线，但它只有 10 个而非 20 个磁极对（注意磁通量密度的增加值）。图32显示了只有一个磁极对的磁钢8环形磁体的曲线。

图 33 显示了有三个磁极对的陶瓷 1 环形磁体的曲线。图 34显示了有四个磁极对的陶瓷 1 环形磁体的曲线（使用和未使用磁通量集中器时）我们一直建议对环形磁体进行到货检查。通过使用市场上可购得的高斯计或固定在便携测试器件上的经校准的霍尔开关，能确保磁体规格在商定的标准范围内。快板将为您提供经校准的霍尔器件和技术帮助。

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铁叶片旋转触发器

铁叶片转子组件是旋转霍尔开关应用中的替代磁转子。如上所述，单个磁体将使一个霍尔开关保持开启，只有当一个转子叶片切断磁通量的通路，并将该通路从霍尔开关转向时，它才会关闭。由于能消除环形磁体的变化、位置和磁场强度的影响，所以使用单个磁体能确保进行精确开关。与环形磁体上平均分布的磁极不同，转子叶片的宽度能改变。这能改变霍尔开关的关闭和打开时间，使设计者能控制输出波形的工作循环。如果想在更广的温度范围内进行精确开关，铁叶片是非常好的选择额。当叶片穿过磁体和霍尔开关之间时，大量的磁通量将被阻挡或转向。水平方向上的较小振动对切换点的影响很小。

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工作中的铁叶片

图 35 显示了铁叶片磁体/霍尔开关系统的顶视图和前视图，以及随该系统产生的叶片运动而变化的磁通量密度曲线。注意，视图和图形是沿横轴垂直对齐的。位置是从叶片的前沿到磁体/霍尔器件的中心线测量的。

一开始,当叶片全部位于磁体左边时,该叶片不产生任何影响,霍尔元件处的磁通量密度最大为800克。当叶片的前沿靠近磁体时，叶片的转向效应使磁通量密度以接近线性的形式减小。当叶片经过器件中心线时，叶片会挡住磁体，此时的磁通量密度最小。当叶片继续移动时，磁体开始露出。这样就能使磁通量增加到初始值。然后，叶片的其他运动不会对霍尔元件处的磁通量密度产生任何影响。

由于存在磁场,所以位于传感器IC位置的霍尔开关开始应为打开状态。在一些磁通量密度线性减小的区域，磁通量将降至释放点以下，霍尔开关将关闭。在磁通量增加至特定霍尔开关的工作点之前，它会一直保持关闭。记住，对于该特定霍尔开关，考虑磁滞量后，工作点的磁通量密度要大于释放点的磁通量密度。

霍尔开关保持关闭状态的时段长度（从霍尔开关释放点到下个工作点的时间）由叶片的实际长度、磁性斜率的陡度，以及霍尔开关的工作点和释放点的磁通量密度决定。该时段被称为有效叶片宽度，它始终比叶片的物理宽度要大一些。

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转子设计

两种常见的转子设计为碟形和杯形，如图 36 所示。

碟形转子的制作很简单，因此经常用于小规模应用中，如机械控制等。必须考虑转子的轴向运动。虽然叶片激活开关能允许这种运动，但转子绝不可打到磁体或霍尔开关。

杯形转子的制作更为复杂，而且成本更高，但它只需处理一个径向距离，从而简化了计算，并能精确地控制输出波形。对于杯形转子，径向轴承磨损或间隙是决定间隔的重要因素，而轴向间隙相对来说并不重要。杯形转子已成功地用于汽车点火系统。设计转子时的保持时间由叶片与开口宽度比决定。在设计精良的系统中,燃点稳定性能保持在每摄氏度±0.005分配度。

材料

叶片由低碳钢制成，以最大限度减少残留磁性，并产生良好的转向效果。要选择适当的叶片厚度，以避免必须转向的磁通量密度值的磁性饱和。叶片厚度通常在0.8和1.5毫米之间。

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叶片宽度/开口，转子尺寸

通常，转子上最小的叶片和开口至少应为之宽度的1 - 1.5倍，以以产前的转向作用，并在开口和关心的通量密度值足够的差额。

在表 2 中，按三种情况，采用最大磁通量密度（在磁体上以开口为中心获得）、最小磁通量密度（在磁铁上以叶片为中心），以及两值之间的差额，制成表格：

• 叶片和开口宽度与磁极宽度相同
• 叶片和开口宽度为磁极宽度的1 - 1.5倍
• 叶片和开口宽度为磁极宽度的 2 倍

在每种情况下，繁体形式为6.4×6.4×3.2 mm的钐钴钐钴体，气隙为0.3 mm，转子叶片采使用1 mm软钢片软钢片。

表 2。各种叶片与开口位置及相对尺寸的磁通量密度B
磁体中心线的相对位置	与磁极表面相关的叶片和开口宽度系数
	1.0×	1.5×	2.0×
以开口为中心	630克	713克	726克
以叶片为中心	180克	100克	80克
以开口为中心 - 以叶片为中心	450克	613克	646克

如果需要一饰有多重开采和叶片的小嘴子，那么必须使用小型磁体，以确保为之地操的总体密度。首页例如边长2.5 mm的立方体体合金血流素作用直径31.8 mm并具有10次开采和叶片的转子。如果需要的叶片更少，还可进一开小小。

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较陡的磁性曲线斜率确保可靠的开关

对于大约分常见形状的叶片，通衔累累密度相对于叶片运动词的图表在切换区非常接近性的特点（参阅图 35）。霍尔开关的工作室和释放点的总体量密度在这些性切换区降低，显而易见的是，如果如果数码改变，导致开关的叶片位置必然会引发杂化。图37显示了两个个磁磁电气中，随随叶片位置位置变变而化的总体衔铁。在一起下，磁性斜率为98g / mm。在第二种情况下，该数为107 g / mm。

如果98g / mm系统与已知知在25°C时的工作概念又为300克的朱尔开关一流，那么在该温度下，当2.2 mm叶片通过开着中心时，该器材将切换至状态。在125°C时，霍尔开关的工作量的通量密度上至400 g（这说明霍尔开关的温度系数为1 g /°c），叶片叶片必须动3.1 mm通过开着中心，开关位置改变约1毫米。如果在斜率为107克/ mm的第二第二中间使用相同的霍尔开关，那么工作室将只改变约0.5毫米，或只改变第一个的一道，因为其斜率是第一个种系统中的两倍。

典型的叶片系统中的斜率范围在40 G /毫米至590 G /毫米之间,而且会受到磁体类型和尺寸,磁电路,以及有效总气隙的影响。有趣的是，虽然侧滑式工作模式能形成很陡的斜率，但其切换点受横向运动（气隙改变）的影响很大，因此，一般倾向于在有空隙和轴承磨损的应用中使用叶片。

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小气隙形成大斜率

气隙应达到机械系统要求的那么小。要考虑的因素包括：

• 叶片材料厚度与叶片半径
• 最大离心率（杯式叶片）
• 轴承公共和磨损
• 由于考虑固定，导致温度对气隙变化的影响

图 38 中，在一个叶片系统中使用了两种不同的钐钴合金磁体，显示了气隙和磁体尺寸变化的影响。注意它只显示了磁通量密度下降的切换区（切换区是对称的）。横轴上的距离已从叶片的前沿测得。

表 3图 38 要点 使用两种钐钴立方磁体快板U型封装的实例
图表符号	气隙 (毫米)	切换区 斜率 (G /毫米)	集中器*使用
1	２．５	551	是
2	２．５	388	否
3.	２．５	354	是
4	３．０	343	是
5	２．５	307	否
6	３．０	248	否
7	３．０	220	是
8	３．０	177	否
*圆柱形磁通量集中器,采用直径Ø3.2毫米,长度6.4毫米的软钢制成,并固定在快板U型封装的无印记面。

图38中使用的术语“气隙”不是指有效总气隙,它只是磁体表面到霍尔开关表面的距离。它不包括封装部分。在铁质叶片应用中经常使用快板U型封装,因为铁质叶片的有效面积很窄。

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磁通量集中器的投入回报

如果出于成本和尺寸的考虑,需要在图38中使用较小的磁体,再加上机械特性的考虑,需要较大的气隙(3毫米),而产生的磁通量密度和斜率(曲线8)不是很好,这时该怎么办?图 38 中的曲线 7 显示，通过加入简单的磁通量集中器就能进行显著的改善。实例中使用的集中器直径为3.2毫米,长度为6.4毫米,并固定在霍尔开关的后部。

磁通量集中器的设计实例

刚考虑的磁体/集中器配置（图 38 中的曲线 7）似乎具有很高的性价比。以下是在使用直径63.5毫米杯形转子的汽车点火系统中应用集中器的评估。

此应应应初始计时和较广范围，使设计人们只能按照+ 25°C时的最小和大大工作室或释放点，以及在工作温度内，这些这些内，这些闲分数，来指定使用定制的霍尔开关。

代表性的规格可能包括

• 25°C最小工作点B_人事处(最小)= 300克
• 25°C最大工作点B_人事处(最大)= 450克
• 25°C最小释放点B_人事处(最小)= 200克

温度系数：

• ΔB_人事处/ΔT最大= 0.7克/°C
• ΔB_RP/ΔT最大= 1 G /°C

可以设计固态霍尔效应点火系统，以在霍尔开关的工作点或释放点点火。在本实例中,系统在工作开关点点火,因此霍尔开关的工作点规范(125°C时在300至450克之间)将决定火花初始计时的不定量。机械系统可能也会产生一定的影响，但在这里没有考虑。

图39显示了在传感器IC处测得的随叶片运动而变化的磁通量密度。这里需要对曲线（只显示切换区）的形状进行说明。由于平面最小和磁通量最大的区域不受影响，因此在绘制磁通量升高切换区的数据时，可以很方便地从叶片前沿到叶片边缘再到磁体中心线进行测量。当一个叶片通过磁体，中心低磁通量区被撇开，并且具有线性切换的部分被拖到一起时，对所有数据进行绘制，那么产生的曲线具有相同的外观。（平面高磁通量区域可忽略）。

从此图中,我们能识别系统切换区的磁斜率、叶片每运动1毫米,大约为223克。根据转子直径(63.5毫米)的计算结果显示,叶片运动0.55毫米每分配度。由图39获得的223 G /毫米斜率等同于125克每分配度。规范说明,霍尔开关将在300克到450克之间工作,并产生150克的不确定开口。在25°C时的不确定开口:

如果有效总气隙发生变化，就会对初始计时的不确定性产生额外的影响，同时将影响图 39 中磁通量密度/叶片运动曲线的形状和斜率。要考虑的因素包括磁体峰值销量乘积公差，以及最终霍尔开关/磁体组件中的制造公差。

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工作点的温度稳定性

早期的霍尔开关的工作室点闻分别为0.2 g /°C。为将其转换为分配度每，行排下载计算：

因此,温度改变100°C时,分配计时将改变0.16度。

典型的钐钴合金磁体的温度系数为-0.04% /°C。以该系数工作时,在25°C时的375 G磁场,在125°C时将降至360克。将该系数应用于图39中的数据(磁性斜率为223 G /毫米),由图40可以看的出,系统在125°C时,叶片的运动需要增加。可采用下列公式计算：

转换为计时变化：

温度改变100°C。

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计算静止角和工作周期变化

常规系统中的静止角是分配度数，该角度中的点均关闭。这与能够在线圈一次绕组中流动的计时电流相符。在本实例中，从霍尔开关释放开始，直至开始工作，电流一直在一次线圈内流动（这段叫做有效叶片宽度）。考虑到陈旧设备，假设有一台 8 缸发动机，需要一个具有相同尺寸的 8 开口和 8 叶片的分电器转子。因此，一个开口-叶片段占 45 分配度，并将使一个缸点火。假设一个典型的霍尔器件在25°C时的工作点为375克(图40的),在25°C时的释放点为260克(图40的B),从图40中我们发现,在叶片的前沿通过磁体中心线之前,点火点将关闭1毫米,在叶片后沿通过磁体中心线后,它们会打开1.5毫米。计算叶片的有效宽度比叶片机械宽度大出：

这就在25°C时形成了(45°+ 4.54°)= 49.54分配度的静止角。工作为：

使用指定的最坏情况的温度系数,我们可计算125°C时新的工作点和释放点分别为(图40的C) 445克和360克(图40的D)。在+ 125°C时的静止角为:

工作为：

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轴承磨损

叶片径向运动±0.3毫米,位置大约调整至霍尔开关的工作点,测得的磁通量密度变化为±6克。将其转换为变化值：

该值等同0.097于机轴度。

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固定装置好坏也会影响稳定性

在上例中，假设霍尔开关与磁体之间的物理关系绝对稳定。实际上，要想将此变为现实，必须在设计固定支架时多加小心。研究发现，采用成形的铝架或铜架支撑磁体或霍尔开关经常会导致系统出现与温度有关的问题。研究证实，使用模压的塑料封装是较为理想的固定技术之一。

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正交

双双助器件（包括包括合用平台和垂直元件的2d器材）是包含两个独立霍尔效应开关。在与环形磁铁结合时数码牌为异相输出。可以和方向。

对于需要校正的方向信号,霍尔元件的开关点必须恰当匹配,而且必须保持目标磁极和两个霍尔元件(E1和E2)的间隔之间的正交关系。正交关系会使霍尔开关相开关相位分离
90°。为了优化性能，设备必须应由环形磁铁触发，环形磁铁位于设备磁场前，磁极距应为霍尔元件之间间距的两倍。周期(T)等于磁极距(P)的两倍,如图41和42以及下面的公式所示。这样可以得到
正式磁场，其周周对应对应尔元件之间间歇的四倍。特殊器材的空间间隔，请请产品数量，为这这间是针对特殊的的器材。在本地，间隔，间隙为1.63 mm：

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

2 d双输出器件结合垂直和平面霍尔元件来进行二维(2 d)感测,可以提供近乎完美的正交信号,不受磁极距的影响,不需要进行优化。

优化举措

单独校准技术

在有些应用中，可能需要使叶片-霍尔器件组件在一个叶片边缘位置范围比霍尔器件实际可能的工作点规定更窄的情况下工作，例如，在点火分电器的实例中，需要减小初始计时窗口。其中一种解决办法就是单独校准。可能采用下列几种或所有技术：

• 通过改变磁体位置来调整气隙
• 调整霍尔器件后面的磁通量集中器的位置
• 调整固定在霍尔器件后面的偏转小磁体的位置
• 以较小的量为磁体消磁，减小磁性曲线斜率，以增加温度影响，
• 采用与旋转汽车分电器改变计时类似的方法，调整霍尔器件-磁体组件相对于转子的位置

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工作模式：迎面与侧滑

最常见的工作是迎面式（参阅图12 b）和侧滑式（参阅图 13）。迎面式比较简单，而且对横向运动比较敏感，但不用能用于机械拉伸过度可能损坏霍尔器件的情况。典型迎面式工作的磁通量密度分布（参阅图 43）显示磁通量值较低时，磁性斜率很小，这种缺点通常要求极大的机械运动，而且需要霍尔器件的工作点和释放点具有感应磁通量变化的极高灵敏度。通过选择具有更高工作和释放属性的霍尔器件可解决这一问题。

侧侧也很简单，它具有斜度合成的斜率（约394 g / mmm），而且不在机械运动过度的问题。但它对横向气隙非常，当气隙对对横向气隙非常，当气隙发布变变非常敏感，当气隙发生变化时，镀荷量密度的变化很大。这一钟在图44的绕号中可以清楚地看到，图中绘制了不成气隙下面实际明显，如果如果精神开关，动力器材应料开关，有机器具有少的侧向气隙。

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工作模式的改进复合磁体

推 - 挽式

由于平面霍尔开关的有效面积靠近封装的印记面，因此通常需要将此面靠近磁南极进行操作。还可以将一个磁北极靠近封装的背面来操作霍尔开关。只使用磁北极的情况很少，推-挽式（同时将磁南极靠近印记面，磁北极靠近背面的应用方法）能提供比任何单个磁体更大的磁场强度（图 45）。更为重要的是，推-挽构造对横向运动很不灵敏，当使用安装较松的机械结构时，可考虑使用。

图46显示了具有约315 g / mm磁性斜率的推 - 挽侧滑式构造的实际磁荷载量密度线。

推-推式

还存在另一种可能性，在迎面工作模式中使用一个推-推式构造（图 47），这样能创建一个斜率很大的双极磁场（也是线性的）。

如图 47 所示，在推-推模式下的迎面式构造中，当机械器件居中时，磁场将相互抵消，在该位置产生磁通量密度 0。图 48 显示了采用该构造时的磁通量密度分布。该曲线是线性的,且斜率适中,比315 G /毫米略大一点。该机械构造对于横向运动很不灵敏。

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磁偏操作

在霍尔器件的后面放一个固定的磁北极或磁南极来改变工作点和释放点，还可以使霍尔器件发生磁偏。例如，将磁北极固定在背面时，使器件正常开启，直至一个具有更强磁场的北极从反方向靠近反面（图 49）。

图 50-52 显示了其他侧滑技术。在推挽式,侧滑式配置中使用复合磁体,获得685 G / mm的磁性斜度。可使用稀土磁体获得更大的斜率。最高可获得斜度为 3937 G/mm 的磁通量密度曲线。

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通过改善电路来增加磁通量密度

磁通量可通过空气、塑料和其他大部分材料传输，只是传输的难度较大。由于没有使磁通量从触发磁体穿过（塑料和硅材料）霍尔器件的激发作用，所以，实际上只能穿过一部分材料。在器件周围流动以及从任何通道流至其他磁极的磁平衡形成了最低的磁滞（图 53）。

但磁通量能很容易地穿过铁磁材料，例如软钢。空气磁阻的系数比软钢的要高出几千倍。

在霍尔器件应用中，主要目标是使从磁南极通过霍尔器件返回磁北极的磁通量通路的磁阻最小。适用于霍尔器件的最佳磁路能为磁通量提供一个铁质通路,如图54所示,霍尔器件自身是仅有的“气隙”。

在需要不变形或无干扰的磁通量场中，使用一个全铁质的磁通量通路通常是不切实际、没有必要，甚至是不可能的。这一原理只是指出了为提高磁通量密度采取的切合实际的折衷方法。

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通量集中器

磁通量集中器为低碳（冷轧）钢磁导体。它们可提供一个从磁南极通过霍尔元件回到磁北极的低磁阻通路。磁通量集中器可有多种形状，在注重体积小或成本的应用中，通常使用更小或更便宜的磁体（或较便宜、灵敏度低的霍尔器件）。只要需要增加霍尔器件的磁通量密度，它们就有使用的价值。最高可使磁通量增加 100%。

图55显示了磁通量集中器工作效果的实例。两部分显示了相同的磁体(6.4平方毫米钐钴磁体,3.2毫米长)和支架(AG) = 6.4毫米)在一个部分,霍尔器件有效面积的磁通量密度为187克。在B部分,采用直径3.2毫米,长度12.7毫米的集中器,磁通量增加至291克。

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磁通量集中器的尺寸

欧尔斯件有色面积的面积一道为0.3 mm2。将集中的末端打磨打磨效果的尺寸能获得最佳效果。当当用allegro的ua封装配时，从有效面积至敷装背面为主。由于在该距离，所以梦中器材末稍大一道，就能够在该有象面积产磁的磁面积大，就就面积过磁大，就就法使使荷载量分度。图56a，56b和56c显示显示了使使使形磁通量备用仪且为6.4毫米时发产的影响。

磁通量集中器的长度也会对磁通量密度产生影响。图 57 显示了这种影响。

为方便起见，这里我们使用了圆柱形集中器，但集中器的体型也有一定影响。重要的因素包括距离霍尔元件最近的磁体的形状、位置和表面积。

通过使用经校准的线性霍尔器件或商用高斯计，可轻松测量其他形状的集中器的有效性。

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将磁体固定在铁板上

将磁体固定在铁板上能使霍尔元件处的磁通量密度进一步增加。使用与图56 c中的磁体形状相同的磁体,该磁体产生的磁通量密度为291克,注意图58 a和58中获得的有效磁通量,以及铁板产生的磁通量密度的额外增加。

图 59 显示了一个环形磁体应用中可能使用的磁通量集中器。使用一个延伸至两个相邻北极的磁通量集中器,磁通量从265克增加至400 G(0.4毫米气隙)。注意集中器有一个以霍尔器件为中心的凹陷或台面。在多数应用中，该台面将在一个水平固定面上使磁通量密度明显增加。

引力与变形的磁通量场

只要使用磁通量集中器，磁体与集中器之间就会存在引力。这可能对应用产生不利影响。

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馈通

图 60 显示了一个使用磁导体通过非铁外壳馈给磁通量的实例。如图所示,一个小型电机转子的末端固定有一个3.2毫米的立方钐钴磁体。一个3.2毫米的立方铁质导体沿合金外壳放置,并与磁南极之间保持0.8毫米的气隙。霍尔开关固定在另一端，开关后面是磁通量集中器。

通常，馈通有效截面区和形状应与磁极相同。该原理可用于通过任何非铁材料馈给磁通量，如泵壳、管道或面板。

图 61 中的两条曲线说明了增加馈通长度，以及霍尔开关背面的磁通量集中器对磁通量密度的影响。曲一线中是使用磁通量集中器获得的数的值,而在曲线B中没有使用集中器。在两种情况下,最高磁通量密度都是利用最小馈通尺寸L(3.2毫米)获得。磁通量密度峰值在使用磁通量集中器时为350克,不使用磁通量集中器时为240克。

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磁体选择

磁体必须在工作环境中的有效总气隙下可靠工作。它必须适合可用的空间。磁体必须能固定、价格合理而且能随时使用。

性能系数

使用于磁体并具有：

• 以高斯(G)表示的剩余感应(B_r)。磁场强度有多大？
• 以奥斯特(Oe)表示的抗磁力(H_c)。磁体抵抗外部消磁作用的能力有多强？
• 以高斯-奥斯特×10⁶表示的最大能量乘积(BH_马克斯）。一个具有优异抗消磁能力的强磁体，同时具有更高的最大能量乘积。通常，能量乘积越大，磁体越好，磁性越强，价格就越贵。
• 温度系数。工作点或释放点在整个工作温度范围的变化率，以高斯每摄氏度表示。温度变化时，磁体的磁场强度将发生多大变化？

磁体材料

钕（NefeB）。新闻的钕铁硼合金，适价适中的繁体材料高，价磁适磁材料材料。 - 磁 - 由（ops）的粉末金属技术或一种融入和传统成形技术的新监理工艺制作品。目前工作的是降低生产成本，附加工作用，并并温度温度数。通过过服材料镀层镀层技术，能够克服材料材料镀层。，最大量乘积范围在7和15 mgoe之间。

稀土钴(简称为稀土钴)是一种稀土金属与钴的合金,例如钐。这些磁体在所有类别中是性能最好的，但在同等情况下，也是价格最贵的。由于太硬而难以加工，所以如果要成形的话，必须要进行打磨。最大能量乘积可能是衡量磁体质量的最佳标准，大约为 16 × 10⁶。

铝镍钴合金是一种包含铝、镍、钴、铁和添加物的合金，改变添加物能扩大磁体的属性范围。这些磁体磁性强，而且价格昂贵，但比稀土钴磁体要便宜。铝镍钴合金磁体可铸造而成，也可通过在钢模中挤压金属粉末，对其加热来烧结制成。烧结的铝镍钴合金十分适合大量制造体积小、形状各异的磁体。它们具有更均匀的磁通量密度，而且机械性能卓越。铸造的铝镍钴合金磁体通常具有更强的磁性。未定向或等方性的铝镍钴合金 (1, 2, 3, 4) 比定向的合金 (5, 6, 5-7, 8, 9) 要便宜，但机械性能要弱一些。铝镍钴合金太硬而且很脆，除打磨之外，无法使其成形。最大能量乘积范围在1.3×10⁶至10×10⁶之间。

陶瓷磁体在压缩并烧结的陶瓷材料基质中包含钡或锶铁氧体（或该族的其他元素）。它们是电和热的弱导体，化学性质不活跃，而且具有较高的抗磁力。与铝镍钴合金相比，陶瓷磁体能制成部分定向或全部定向，以获得额外的磁场强度。它们比铝镍钴合金便宜，但同样太硬而且很脆，除打磨之外，无法使其成形。最大能量乘积范围在1×10⁶至3.5×10⁶之间。

铜镍铁永磁合金是一种基于软铜的镍和铁合金。它能被冲切、型锻、拉伸或圈轧成最终的形状。最大能量乘积约为1.4×10⁶。

铁铬磁体具有与铝镍钴合金 5 相似的磁性，虽然它们很软，但在最终的老化处理使其变硬之前，能够经受加工处理。最大能量乘积约为5.25×10⁶。

塑料和橡胶磁体在塑料基质材料中包含钡或锶铁氧体。这些磁体很便宜，而且能以多种工艺加工成形，根据特定的基质材料的不同，这些工艺包括冲切、模压和车加工等。由于使用的橡胶是人造的，而人造橡胶也是塑料，所以这两种材料之间的区别不明显。在通常的实践中，如果塑料磁体的韧性很好，就可称其为橡胶磁体。最大能量乘积范围在0.2×10⁶至1.2×10⁶之间。

选择磁体强度

磁体必须具有足够的磁通量密度，以在要求的气隙条件下达到霍尔开关最大工作点的规范。为保险起见,正确的设计规范会建议另外增加50克到100克的磁通量密度,并在预期的温度极限条件下,检查是否有足够的磁通量。

如果霍尔开关数据表指定25°C时的最大工作点为350克,那么增加另外的100克后,在25°C时的最大工作点为450克。如果需要在70°C工作,那么规范需求为450 G + 45 G = 495 G。(在计算中,我们使用的工作点温度系数为0.7 G /°C,释放点温度系数为1 G /°C)。由于大部分磁体的温度系数都为负，所以该因素在室温时也同样需要一些额外的磁通量，以确保高温工作性能。

抗磁力

如果工作环境导致磁体处于较强的消磁磁场中，例如，磁体面向一个交流电机的转子附近，那么抗磁力就显得尤为重要了。低于此类应用，有必要使用具有高抗磁力的永久磁体（陶瓷、铝镍钴合金 8，最好是稀土钴）。

价格与能量乘积峰值

表 4 总结了常用的永久磁体及其磁属性。价格栏显示了所付价格与磁体能量乘积峰值之间的关系。

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表 4磁性材料的属性
材料	最大能量乘积 (G-Oe)	剩余感应 (G)	抗磁力 （OE）	温度系数 % /°C	成本	备注
稀土钴	16×106	8.1×103.	7.9×103.	-0.05	最高	最强、最小、抗消磁性最好
Alnico 1,2,3,4	1.3至1.7×106	5.5至7.5×103.	0.42至0.72×103.	-0.02至-0.03	中	非定向
Alnico 5 6 5 -7	4.0至7.5×106	10.5至13.5×103.	0.64至0.78×103.	-0.02至-0.03	中高	定向
alnico 8.	5.0至6.0×106	7至9.2×103.	1.5至1.9×103.	-0.01至0.01	中高	定向、高抗磁力、最佳温度系数
alnico 9.	10×106	10.5×103.	1.6×103.	-0.02	高	定向、最高能量乘积
陶瓷1	1.0×106	2.2×103.	1.8×103.	-0.02	低	非定向、高抗磁力、硬脆、非导体
陶瓷 2, 3, 4, 6	1.8至2.6×106	2.9至3.3×103.	2.3至2.8×103.	-0.02	低中	部分定向、抗磁力很高、硬脆、非导体
陶瓷 5, 7, 8	2.8至3.5×106	3.5÷3.8×103.	2.5至3.3×103.	-0.02	中	全定向、抗磁力很高、硬脆、非导体
铜铜综合金	1.4×106	5.5×103.	0.53×103.	-	中	较软、能够冷成型和加工
铁铬(Fe-Cr)	5.25×106	13.5×103.	0.60×103.	-	中	能在最终老化处理前加工
塑料	0.2至1.2×103.	1.4至3×103.	0.45÷1.4×103.	-0.02	最低	能进行模压、冲切和车床加工
橡胶	0.35至1.1×106	1.3至2.3×103.	1至1.8×103.	-0.02	最低	较软
钕	7至15×106	6.4至11.75×103.	5.3÷6.5×103.	-0.157至-0.192	中高	非定向

高级应用

限流与测流传感器集成电路

霍尔效应器件是一种性能出色的限流或测流传感器。它们的响应范围包括从直流到kHz交流区域。在高电流应用中，不需要切断导体。要查看快板电流传感器集成电路的最新产品列表,请访问:霍尔效应电流传感器集成电路。

导体周围的磁场通常不是很密，不足以使霍尔效应器件工作（参阅图 62）。

从导体的中心至霍尔设备的有效面积测定半径。半径为12.7毫米且电流为1000时,霍尔器件处的磁通量密度为159克。

电流较低时,使用如图63 a和63 b所示的环形线圈增加通过霍尔元件时的磁通量密度。对于有1.5毫米气隙的快板U型封装,图63 b所示的电路的磁增益为6 G / A。要增加电路的灵敏度,应增加环形线圈周围导体线圈的缠绕圈数,如图63所示。图63的实例为14圈,因此其磁增益为84 G / A。

对于低频应用,磁芯材料可选择铁或软钢(c - 1010),对于高频测量,可选择铁。

主要应考虑：

• 当电流降至 0 时，磁芯应保持最小磁场
• 气隙中的磁通量密度是电流的线性函数
• 在工作温度范围内，气隙是稳定的。

磁芯的有效截面尺寸至少为气隙尺寸的两倍，以确保在气隙中有比较均匀的磁场。例如,一个气隙为1.5毫米的环形线圈的截面至少为3毫米×3毫米。

图64显示了另一圈简单又节省成本的使用。使用1.6 mm厚和4.8 mm宽使成形并环形环形环形圈。。该技术的优点之一是可以将环形线路在繁体周围，而不觉开该导体的连接。

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多圈应用

在选择如图63所示的环形线圈的缠绕圈数时,需要考虑几方面。

霍尔开关

保持跳变点的磁通量密度的范围在100至200克之间。在该范围内，能为器件提供一个较窄的磁性参数分布。假如,在10时打开霍尔开关:

霍尔线性传感器

为使输出信号/静止输出漂移比率最大化,应使磁通量密度在100 G以上。比率计传感器IC的静止输出漂移通常为0.2 mV /°C,而灵敏度温度系数通常为0.02% /°C。有些快板霍尔效应器件的灵敏度和/或静止输出漂移,可根据具体应用的要求定制。要查看快板线性IC的最新产品列表,请访问:线性位置传感器集成电路。

对于需要更多圈的低电流应用，可以绕一个线轴，将其滑放在磁芯上，再通过霍尔器件用一个架状极片来完成磁电路的连接，如图 65 所示。

使用这种线轴架时，能测量较低的毫安范围内的电流，或用一个霍尔开关替换继电器。在使用工作点为200克(±40 G)的器件时,为使霍尔开关在马10(±20%)时激活,线轴需绕:

调整气隙对最终进行更精确的校准很有用。在所有情况下，一定注意不要挤压封装。

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线性传感器IC的其他应用

霍尔效应传感器集成电路主要用于感应相对较小的磁场变化,变化很小,无法使霍尔开关工作。它们通常与一个放大器进行电容耦合，该放大器将输出放大至较高水平。

它们能用作运动检测器,轮齿传感器IC和接近传感器(图66),因此是机械活动中磁驱动的应用典范。作为电灵敏的磁体监控器，它们能有效测量系统负载很小的系统性能，同时能与被污染和有电噪声的环境隔离。

每个霍尔效应集成电路都包含一个霍尔元件、线性放大器和射极跟随器输出级。和低水平模拟信号有关的问题都可由单个芯片中的霍尔元件和放大器来解决。

规定输出无效(静止)电压为电源电压的1.5倍。霍尔效应传感器IC印记面存在的磁南极将使输出电压高于无效电压。磁北极将使输出电压低于无效电压。

在工作中，瞬时和比例输出电压级的大小取决于器件最灵敏区的磁通量密度。利用容许的最高电源电压可获得最高灵敏度，但要付出的代价是电源电流增加和输出轻微失衡。传感器IC输出通常与放大器进行电容耦合,该放大器将输出放大至毫伏级以上。

在图 67 和 68 所示的两个应用中，永久偏磁体用环氧胶固定在环氧封装的背面。封装的正面含有铁质材料，因此可充当一个磁通量集中器。

如果要用霍尔效应集成电路感应铁类材料的存在，需要将磁南极固定在封装的背面。如果要用霍尔效应集成电路感应铁类材料不存在，需要将磁北极固定在封装的背面。

可使用经校准的线性霍尔器件,以在特定应用中确定传感器IC处存在的实际磁通量密度。

铁类金属仪器

图 69 和 70 显示了两种相似的检测器设计。第一个能感应铁类金属的存在；另一个能感应铁类金属不存在。仅通过改变相当于传感器集成电路的磁极,就实现了两种感应模式。在两种情况下，磁极均附于封装的无印记面。

改变输入去耦合电容器的数值，能轻松控制电路的频率响应特性，以获得低频断点。如果需要高频衰减，可使用一个电容使反馈电阻器转向。

金属传感器集成电路将磁体北极附于线性传感器IC的背面。传感器与2.4毫米环氧板的底部接触。当一个25毫米的钢球滚过传感器时,输出会发生变化(减小)。该信号通过运算放大器放大并反向,然后驱动NPN型三极管,使其打开。

凹槽传感器集成电路将磁体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。转子边缘沿宽1.6毫米,3.2毫米深的槽通过传感器集成电路时,将导致输出发生变化(减小)。该信号通过运算放大器放大并反向，然后驱动应用晶体管，使其打开。

注意,在两个实例中,传感器IC的印记面均要面向要感应的材料(或材料空缺处)。在两种情况下,存在(或不存在)铁类金属使霍尔效应传感器IC处的磁通量密度发生变化,从而使输出脉冲走低。经放大器反向后，该脉冲会驱动晶体管，使其打开。

打印机应用

图 71 所示的组件能感应字符打印鼓上的凸角。凸角为打印鼓圆周周围4.8毫米以外的空间,其宽度为6.4毫米,鼓表面的相对厚度为0.3 - 0.4毫米。

在该应用中,霍尔效应线性传感器集成电路后部放有磁体。北极附于封装的背面。在印记面固定了一个磁通量集中器。虽然它不提供磁通量回路，但它将使磁场集中穿过霍尔开关。

如图72所示,集中器的边缘与打印鼓凸角对齐,相距0.254毫米。输出改变像显示的一样经过放大,从运算放大器形成一个3 V的输出,驱动晶体管使其打开,如图73所示。

在此配置中其灵敏度很高，输出信号基线很接近鼓中的轨迹偏心率。这将影响凸角的解决办法，但凸角位置认可测量。

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使用经校准的设备

校准后的线性传感器集成电路是一种精确易用的磁通量密度测量工具。每个设备均单独校准，并具有一个校准曲线和灵敏系数。虽然校准是在800 G磁场的南极和北极进行,但该传感器IC对测量两个磁极的磁场都很有用。

需要使用一个精密稳压(±10 mV)的电源,以保持校准后磁通量密度测量的精确性。同时,环境温度必须保持在21°C至25°C范围内。

将VCC针脚连接至电压VCC,将接地针脚接地,将输出电压针脚连接至高阻抗伏特计。使用前，必须对设备加电，并使其稳定运行 1 分钟。

使用灵敏系数能更精确地计算磁通量密度。首先,在0 G或无磁场(静止)条件下确定设备的无效输出电压。然后，将设备放入要测量的磁通量中，在应用的磁场条件下读取设备的输出。可采用下列公式计算设备处的磁通量密度：

其中：

V_(B)是以V表示的应用磁场下的输出电压,
V_(问)是以V
表示的无效输出电压,年代是以mV / G表示的灵敏系数,B是以G表示的设备处磁通量密度。

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术语表

有效面积：封闭的集成电路芯片上的霍尔元件的位置。

气隙：从磁极或目标表面到装配的距离。

安匝(NI):磁通势的mks制单位。

安匝/米(NI / m):磁化力的米制单位。1安匝/米等于79.6奥斯特。

双极:霍尔传感器集成电路使用磁南极和磁北极的工作方法。

抗磁力（HC）：必须用于使磁料中的镀荷量密度降至0的消磁力，以斯斯特表示。

磁通量集中器：任何用于吸引磁力线的铁质金属。

高斯(G):磁通量密度的厘米克秒制单位。等同于1麦每平方厘米(Mx /厘米²)。1高斯等于 10^－4特斯拉。

吉伯：传球的CGS制单位。

迎面式:霍尔传感器集成电路的运动方式。将磁极移向或挪离封装表面时，磁场将增强和减弱。

最大能量乘积(BHmax):磁体材料消磁曲线上B和H的最高乘积。以高斯-奥斯特×10₆(MGOe)计算。

麦克斯韦(Mx):总磁通量的厘米克秒制单位。1 麦等于 10^－8韦伯。

奥斯特(Oe):磁化力的厘米克秒制单位。等同于吉伯每厘米(长大/厘米)。1奥斯特等于125.7安匝每米。

平面霍尔元件：感测垂直于晶片平面或封装面的磁场的霍尔元件。

剩余磁感应(Bd):去除应用的磁通势后,在一个磁电路中剩余的磁感应。当磁电路中没有气隙时，剩余磁感应与残留磁感应是相同的。有气隙时，剩余磁感应臂残留磁感应要小。剩余磁感应以高斯为单位。

残留磁感应(Br):当足以使磁料饱和的磁化力降至0时,磁料的闭合磁电路中残余的磁通量密度。剩余磁感应以高斯为单位。

侧滑式:霍尔传感器集成电路的运动方式。当一个永久磁体以横向运动通过封装表面时，磁场将增强金额减弱。

特斯拉(T):磁通量密度的mks制单位。等同于1韦伯每平方米(Wb / m²)。1特斯拉等于 10⁴高斯。

环形线圈：一种环状的线圈，通常由铁、钢或铁氧体组成。

有效总气隙(TEAG):从磁极面到霍尔效应传感器IC的有效面积的距离。

单极:霍尔传感器集成电路使用单个磁极的工作方法,通常使用磁南极。

叶片：任何用力使磁场从从霍传感ic转向的铁质金属（至少为相关繁体的1.5‰）。

垂直霍尔元件：感测垂直于感应边缘（顶部、右侧或左侧）的磁场的霍尔元件。

开口:在叶片中至少为相关磁体1.5倍宽的开口。

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