霍尔传感器及开关分类

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2022-06-01 17:21:19 28

什么是霍尔效应传感器？

简单地理解就是给一块半导体材料通电，并将其置于磁场中。磁通线在半导体材料上施加力，使导电材料中的电荷载流子电子和空穴偏转到半导体板的另一侧，产生电位差输出的霍尔电压经过处理，就可以获得磁场的大小、位置等信息。

初级霍尔效应传感器包括：一个霍尔元件将磁场转换为电压；由于霍尔元件的输出电压很小，有时在微伏围内，还有运算放大处理电路。最简单的霍尔效应传感器仅有三个引脚：电源、接地连接和输出。如果霍尔效应传感器只对某个方向上的磁场敏感，一旦将传感器焊接到PCB上，一旦给定的磁场性质不是单向的，就很难得到的位置信息。于是3D霍尔效应传感器就诞生了，可以测量X，Y和Z轴的磁场。与传统霍尔效应传感器相比，3D传感器使设备能够测量任何方向放置的磁体，甚至可以测量多个维度并进行磁通角或振幅的片上计算。

霍尔传感器属于磁敏传感器，能够与电动自行车紧密相连，通过检测磁场及其变化，从而实现更灵活的电机控制。因此，霍尔传感器可在各种与磁场有关的场合中使用。电动自行车便大量利用了霍尔传感器，特别是现行霍尔传感器，如调速转把，刹把以及无刷电机等。

电动车上的霍尔传感器调速转把

如何解决机器人横冲直撞的问题？

扫地机器人需要精确的角度测量监控轮胎中电机的位置，保证可以精确地按照路线行驶。如果机器人出现横冲直撞，肆意驾驶，未按照规定的路径运行的情况，很有可能是位置信息监测不精确。在工业领域AGV小车中，也会遇到同样的问题。

想要解决这个问题，就需要高精度的位置测量传感器，保证机器人运行自如。

使用霍尔效应传感器是系统中测量位置的常用方法，霍尔效应传感器具有高精度、高一致性和高可靠性的优点，能够准确感知系统中对象的位置和移动。

比如在AGV中，就可以使用3D 霍尔效应位置传感器TMAG5170解决方案。仅需1颗，就可测量X，Y和Z三轴磁场，能够计算任意两个轴的角度和大小，是旋转角度跟踪和监测线性位置的理想芯片。此外，TMAG5170还有具有超高精度，最大灵敏度漂移误差为±2.8%，可实现具有增益和偏移调节的片上集成角CORDIC计算。

在精度要求没那么高的扫地机器人中，就可以使用到另一款霍尔效应传感器新品TMAG5273，灵敏度漂移为5%，同样具有增益和偏移调节的片上集成角CORDIC计算。

TMAG5273 还具有提供各种电源模式，可通过 I2C总线进行配置，包括唤醒和睡眠，从而适用于电池供电设备。当扫地机器人充电时，TMAG5273 可以置于休眠模式以节省电力。

单极霍尔开关 霍尔元器件只能识别固定磁极（N或S，一般都是指定S极），当磁场靠近时霍尔导通输出低电平，磁场远离时霍尔关闭输出高电平。而另一磁极始终高电平。

双极霍尔开关 需要两个磁极分别控制高低电平，利用磁场NS极交替来输出信号。对不同磁极分别响应，一般为N极响应为高，S极响应为低。如S极靠近时输出低电平，N极靠近时输出高电平。双极霍尔有一种特殊形式叫锁存霍尔或锁定霍尔：如S极靠近时开启，磁场离开继续保持开启;当靠近N极时才会关闭，磁场移除后继续保持关闭状态，直到下次磁场改变，这种保持上次状态的特性即锁存特性，这种类型的霍尔就是双极锁存型霍尔；

全极霍尔开关（无极性霍尔开关）不分南极(S)北极(N)检测磁场，对任意磁极都响应，只要有磁场靠近就响应；磁铁接近时输出低电平，远离时输出高电平。注：请与双极霍尔区分，全极霍尔是NS磁场都能感应.

霍尔开关

线性霍尔 的输出电压与传过其本身的磁场强度成正比，根据磁场极性和强度其输出电压上升或下降。通过磁场强度的变化可以得知出相应位置的改变数据，输出电压与感应到的磁场极性和强度的关系固定，主要用于位移检测，油门踏板、调速、压力传感，磁场检测，电流检测；

线性霍尔元件是一种模拟信号输出的磁感测器，输出电压随输入的磁力密度线性变化。

线性霍尔效应感测器 IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态（无磁场）时，从理论上讲，输出应等于在工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半。增加南极磁场将增加来自其静态电压的电压。相反，增加北极磁场将增加来自其静态电压的电压。这些部件可测量电流的角、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁力驱动的方式反映机械事件。

线性霍尔元件是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，一般应用于调速，测电压、电流、功率、厚度、线圈匝数等等。

线性霍尔传感器

小结: 线性霍尔元件的精度高,线性度好;霍尔开关器件无触点，无磨损

注意：

一般在选取霍尔时还要注意查看它是否带锁存功能（一般应该都带），如果没有锁存功能，那么每次它响应后的状态是不确定的！

有的霍尔元件在弱磁场（几乎没有磁场）中加电，初始状态不确定！

磁场强度的两种表示特斯拉和高斯的换算关系：1mT=10Gs。

附: 几种霍尔传感器的测量方法

一、线性霍尔元件的好坏判断
1、改变磁场的大小线性霍尔元件的好坏
将线性霍尔元件通电，输出端接上电压表，磁铁从远到近逐渐靠近线性霍尔元件时，该线性霍尔元件的输出电压逐渐从小到大变化，这说明该线性霍尔元件是好的，如果磁铁从远到近逐渐地靠近线性霍尔元件，该线性霍尔元件的输出电压保持不变，这说明该线性霍尔元件已被损坏。
2、改变线性霍尔元件恒流源的电流大小判断线性霍尔元件的好坏
磁铁保持不动（即对线性霍尔元件加入一个固定不变的磁场），使得线性霍尔元件恒流源的电流从零逐渐地向额定电流变化时（不能*过线性霍尔元件的额定电流），这时线性霍尔元件的输出电压也从小逐渐地向大变华，这说时该线性霍尔元件是好的，如果线性霍尔元件恒流的电流从零逐渐地向额定电流变化时，这时该线性霍尔元件的电压保持不变，这说明该线性霍尔元件已损坏。

二、单极开关型霍尔元件的好坏测量
将单极开关霍尔元件通电5V，输出端串联电阻，当磁铁远离开关霍尔元件时，开关霍尔元件的输出电压为高电平（+5V），当磁铁靠近开关霍乐元件时，开关霍尔元件的输出电压为低电平（+0.2V左右），这说明该开关开型霍尔元件是好的。如果不认靠近或离开霍尔开关，该霍尔开关的输出电平保持不变，则说明该霍尔开关已损坏。

三、双极锁存霍尔开关元件的好坏测量
当磁铁N极或S极靠近霍尔开关，输出是高电平或低电平，然后拿开霍尔元件，电平保持不变，再用刚才相反的磁极得到与刚刚相反的电平，这时说明霍尔元件是好的，如果当霍尔元件靠近得到的电平，在磁铁离开后不锁存，说明霍尔是坏的，当磁铁用相反的极性靠近霍尔，得不到与另一个极性靠近霍尔所得出相反的电平，那么这个霍尔开关也是坏的。

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