霍尔传感器的原理及其典型应用

霍尔效应传感器是一种磁传感器，可用于检测由永磁体或电磁铁产生的磁场的强度和方向，其输出与被检测的磁场强度成比例变化。

磁传感器被设计用于在各种不同的应用中响应广泛的正磁场和负磁场，其中一种磁传感器的输出信号是其周围磁场密度的函数，称为霍尔效应传感器。

磁性传感器是越来越受欢迎的固态器件，因为它们可以用于许多不同类型的应用，如传感位置，速度或方向运动。

霍尔效应传感器是电子设计人员的热门传感器选择，因为它们的非接触式无磨损操作，低维护，坚固的设计以及密封的霍尔效应设备不受振动，灰尘和水的影响。

霍尔效应传感器原理

霍尔效应传感器基本上由薄的矩形p型半导体材料组成，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）或砷化铟（InAs），它们通过自身的连续电流。

当器件被置于磁场中时，磁通量线对半导体材料施加一个力，使载流子、电子和空穴偏转到半导体板的两侧。载流子的这种运动是它们在通过半导体材料时所经历的磁力的结果。

当这些电子和空穴向一边移动时，由于这些载流子的积聚，半导体材料的两边就产生了电位差。然后，电子通过半导体材料的运动受到与它成直角的外部磁场的影响，这种影响在扁平的矩形材料中更大。利用磁场产生可测量电压的效应被称为霍尔效应。以埃德温·霍尔的名字命名，他在19世纪70年代发现了霍尔效应。

霍尔效应传感器可提供线性或数字输出。线性（模拟）传感器的输出信号直接来自运算放大器的输出，输出电压与通过霍尔传感器的磁场成正比。输出霍尔电压公式为：

VH为霍尔电压，单位为伏特

RH为霍尔效应系数

I是通过传感器的电流，单位为安培

T为传感器厚度，单位为mm

B是以特斯拉为单位的磁通密度

霍尔传感器的典型应用

一、接近检测

开关指示系统处于两个固定机械位置中的哪一个位置。下图显示了三种常用方法以及磁体相对于传感器的运动：迎面，头顶滑过，平面内水平。还使用了线性传感器，它们不仅可以提供接近物体的数据，还可以提供接近程度的数据。

具体应用：按钮开关、滑动开关、盖闭合或打开检测、触发器
推荐的器件：SWF254S, SWC254N, SWG310N, SWU254S

二、滑动位移

线性器件通过固有的零场点和相对于行程的线性场响应范围，确定穿过定义路径（直线、圆弧等）的绝对行程。通过等间隔放置多个传感器而不重叠其线性区域，可以增加行程范围。

具体应用：图像稳定、柱塞位置控制、高分辨率拨号选择器
推荐的器件：SWG515NS

三、增量旋转编码

角行程或线性行程的速度和方向可以通过单个锁存器轻松实现。多极磁体还定义了步进分辨率。在恒定速度下，磁信号本质上是正弦的，但是不同相。双锁存器装置可相对于磁体灵活放置，因此使用此类装置很容易实现正交编码。

具体应用：旋钮、恒温器、家用电器拨盘、洗衣机滚筒

推荐的器件：SWU210NS, SWB212NS, SWG333NS

四、BLDC电机换向

在此应用中，三个锁存器用于检测速度、方向和位置。通过精确地同步通过定子线圈的电流，转子上的永磁体被这些不断变化的磁极吸引或排斥，最终产生转矩使电机旋转。

具体应用：BLDC电机
推荐的器件：SWU330NS

五、角度测量（单轴）

通过测量彼此相差90°的两个磁场分量，并在反正切函数atan(B1/B2)中使用该信息来计算角度，即可确定旋转绝对位置。相关应用需要用到两个线性传感器（如下面的图所示），它们采用两种不同的封装类型：SOT23，TO92S

具体应用：在无人机、手持个人电子产品中使用的云台
推荐的器件：SWB502NS, SWB512NS, SWU506NS

审核编辑 黄宇