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雙極霍爾效應(yīng)集成電路典型工作狀態(tài)

出處:yuhh 發(fā)布于:2012-10-26 15:29:44


  雙極性霍爾傳感器設(shè)計(jì)為靈敏開關(guān)。雙極型開關(guān)有一致的遲滯性,但是,不同的器件對(duì)發(fā)生在正極或者負(fù)極的開關(guān)點(diǎn)的范圍是不同的。因?yàn)樾枰淖兇艌?chǎng)的極性,來確保開關(guān)點(diǎn)的切換,并且需要一致的遲滯性來確保周期,所以需要磁信號(hào)改變幅度ΔB,故而這些器件緊密排列,南北兩極交替使用。

  應(yīng)用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的位置,例如用在無刷直流電動(dòng)機(jī)(無刷)列于圖1,將多個(gè)磁鐵組成一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),采用磁場(chǎng)極性交替環(huán)形磁鐵。封裝好的IC與每個(gè)相鄰的環(huán)形磁鐵構(gòu)成霍爾雙極性開關(guān)器件。軸旋轉(zhuǎn)時(shí),磁場(chǎng)區(qū)向霍爾元件移動(dòng)。器件是受到近的磁場(chǎng)影響,當(dāng)與南極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí),打開,當(dāng)與北極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí),關(guān)閉。注意器件的打字面面向磁鐵。

1兩個(gè)雙極型器件與環(huán)形磁鐵的使用

  

磁場(chǎng)開關(guān)點(diǎn)的定義:

  B為磁場(chǎng)強(qiáng)度,用來表示霍爾器件的開關(guān)點(diǎn),單位是GS(高斯),或者T(特斯拉),轉(zhuǎn)換關(guān)系是1GS=0.1mT。

  B磁場(chǎng)強(qiáng)度有南極和北極之分,所以有必要記住它的代數(shù)關(guān)系,北極磁場(chǎng)為負(fù)數(shù),南極磁場(chǎng)為正數(shù)。該關(guān)系可以比較南極北極磁場(chǎng)的代數(shù)關(guān)系,磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度是由B的表示,符號(hào)表示極性。例如:一個(gè)-100GS(北極)磁場(chǎng)和一個(gè)100GS(南極)磁場(chǎng)的強(qiáng)度是相同的,但是極性相反。-100GS的強(qiáng)度要高于-50GS。

  BOP 磁場(chǎng)工作點(diǎn);使霍爾器件打開的磁場(chǎng)強(qiáng)度。器件輸出的參數(shù)取決于器件的電學(xué)設(shè)計(jì)。

  BRP 磁場(chǎng)釋放點(diǎn);使霍爾器件關(guān)斷的磁場(chǎng)強(qiáng)度。器件輸出的參數(shù)取決于器件的電學(xué)設(shè)計(jì)。

BHYS 磁開關(guān)點(diǎn)滯回窗口。霍爾元件的傳輸功能利用開關(guān)點(diǎn)之間的這個(gè)差值來過濾掉在應(yīng)用中可能由于機(jī)械振動(dòng)或電磁噪聲引起磁場(chǎng)的小的波動(dòng)值。BHYS = | BOP - BRP |.

 

  典型工作狀態(tài):

雙極性開關(guān)通常有一個(gè)正的BOP和一個(gè)負(fù)的BRP,但是這兩個(gè)開關(guān)點(diǎn)不是正好關(guān)于B=0磁場(chǎng)對(duì)稱的,這一特點(diǎn)使雙極性開關(guān)可以比鎖存型開關(guān)更靈敏,回差窗口更小。雙極開關(guān)以前作為一個(gè)成本較低的產(chǎn)品來替代鎖存型開關(guān)。很少比例(≈10%)的雙極性開關(guān)的開關(guān)點(diǎn)是單邊的(完全在S極或者N極)。這些特性可以通過南極(正)北極(負(fù))磁場(chǎng)的交替變化穩(wěn)定得到。當(dāng)磁場(chǎng)移走時(shí),電路關(guān)斷,但是為了確保釋放,需要外加一個(gè)相反的磁場(chǎng)。

  例如一個(gè)霍爾器件的BOP為45GS,的BRP為-40G,回差窗口為15GS。但是,它的BOP可以到-25GS,BRP可以為30GS。圖2表示擁有這些特征開關(guān)點(diǎn)的器件。圖2的頂部的曲線ΔB表示一個(gè)小的振幅可以引起開關(guān)的切換。圖2表明了雙極性開關(guān)的三個(gè)工作模式的不同:

  鎖存模式描述為任何一個(gè)有正值BOP和負(fù)值BRP的雙極性開關(guān),像霍爾鎖存型開關(guān)那樣需要兩個(gè)磁場(chǎng)來完成操作(但是該設(shè)備的狀態(tài)實(shí)際沒有鎖存)

    單極模式描述為任何一個(gè)BOP和BRP均為正值(南極)的雙極性開關(guān)

負(fù)單極模式 (有時(shí)被稱為負(fù)開關(guān)模式)描述為任何一個(gè)BOP和BRP均為負(fù)值(北極)的雙極性開關(guān)。

    釋放點(diǎn)的磁通量密度不重要,因?yàn)榇艠O過去了,霍爾開關(guān)沒有切換,磁通量強(qiáng)度接近0,當(dāng)下一個(gè)磁極開始增加相反的磁場(chǎng)時(shí),霍爾開關(guān)將會(huì)關(guān)斷。雙極霍爾開關(guān)利用這個(gè)在釋放點(diǎn)磁通量額外的幅值,取得較低的工作的點(diǎn)通量密度,把它應(yīng)用在環(huán)形磁鐵上有很大的優(yōu)勢(shì)。

  從圖2的Vout我們可以看到,對(duì)于這些模式,每個(gè)磁極的轉(zhuǎn)換都是穩(wěn)定的,隨著不同工作模式,輸出的占空比不同。一個(gè)工作于鎖存模式的雙極性開關(guān)具有幾乎對(duì)稱的開關(guān)點(diǎn)。當(dāng)它在相等的間距環(huán)形磁鐵的兩極工作時(shí),它的占空比將趨向完美。話雖如此,即使開關(guān)點(diǎn)被扭曲,它的占空比仍然會(huì)接近50%。對(duì)于電動(dòng)機(jī)換相來說,這個(gè)是有優(yōu)勢(shì)的,因?yàn)樾时容^高。器件有單極模式,南極磁場(chǎng)控制工作點(diǎn)和釋放點(diǎn),北極磁場(chǎng)不起作用,在這種模式下,器件擁有40%的占空比。器件在負(fù)單極模式,北極磁場(chǎng)控制工作點(diǎn)和釋放點(diǎn),南極磁場(chǎng)不起作用,這種模式下,器件擁有60%的占空比。

圖3A,鎖存模式的特性曲線 請(qǐng)注意,開關(guān)點(diǎn)遲滯區(qū)BHYS包括B=0

圖3B,單極模式的特性曲線  請(qǐng)注意,開關(guān)點(diǎn)遲滯區(qū)BHYS在B=0的右邊,北極磁場(chǎng)對(duì)器件無影響

磁場(chǎng)強(qiáng)度 B (G) 圖3C,負(fù)單極模式的特性曲線 請(qǐng)注意,開關(guān)點(diǎn)遲滯區(qū)BHYS在B=0的左邊,南極磁場(chǎng)對(duì)器件無影響

  

  磁鐵:
  
  一個(gè)磁鐵可以提供兩個(gè)相反的磁極,然而,用環(huán)形或者帶狀的磁鐵更符合成本效益。環(huán)形和帶狀磁鐵可以指定間距的使磁極交替變換。一個(gè)環(huán)形磁鐵是環(huán)型或圓盤狀(見圖1)徑向或軸向磁極交替變化。帶狀磁鐵是一個(gè)磁極交替變換的帶狀結(jié)構(gòu)。環(huán)形磁鐵中包含了陶瓷,稀土材料,柔性材料。帶狀磁鐵總是利用柔性材料,如丁腈橡膠粘合劑含有鋇鐵,或更的能源稀土材料。
  環(huán)形磁鐵有許多的磁極,一般用(磁極/英寸)來定義。一個(gè)4極環(huán)形磁鐵包含兩個(gè)南極兩個(gè)北極(N-S-N-S),一個(gè)11個(gè)磁極/英寸的條形磁鐵在每間隔0.0909英寸就有一個(gè)磁極交換。極間距離可以從磁鐵制造商那里得到。
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