全极性霍尔传感器开关

全极性霍尔传感器开关

介绍：根据数字输出，霍尔效应集成器件可以分为四种：单极性开关，双极性开关，全极性开关和锁存型开关。本文主要来阐述全极性开关。

全极性霍尔开关又被称作全极性开关，是一种在强的南磁场和强的北磁场下均工作的,数字量输出的锁存型开关。这简化了产品的应用，因为对于全极性器件而言，可以不考虑磁铁的极性来进行安装。一个拥有足够强磁性的单极磁铁可以令器件工作。器件导通之后，全极性器件将一直保持导通状态，直到磁场被移走，器件才恢复关断的状态。器件锁存住变化之后的状态，一直保持关断，直到一个新的足够强的磁场再一次到来。

一个用来检测车辆换挡杆位置的应用，如图1.换挡杆引用一个磁铁（紫色的缸）。黑盒子组成的黑色的线是一个全极性开关器件组成的阵列。当驾驶员移动换挡杆，磁铁便会在阵列当中移动。靠近磁铁的器件会打开处于导通状态，但是更多远离磁铁的器件是不受影响的，是关断的。无论是磁铁的南极或北极都可以面向霍尔器件，霍尔器件的商标面朝向磁铁。

图1 一个全极性开关的应用。超小型的霍尔开关，

换挡的时候，磁铁（紫色）向在他们之间移动

磁场开关点的定义：

B为磁场强度，用来表示霍尔器件的开关点，单位是GS（高斯），或者T（特斯拉），转换关系是1GS=0.1mT。

B磁场强度有南极和北极之分，所以有必要记住它的代数关系，北极磁场为负数，南极磁场为正数。该关系可以比较南极北极磁场的代数关系，磁场的相对强度是由B的绝对值表示，符号表示极性。例如：一个-100GS（北极）磁场和一个100GS（南极）磁场的强度是相同的，但是极性相反。-100GS的强度要高于-50GS。

• BOP –磁场工作点；使霍尔器件打开的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。

• BRP –磁场释放点；使霍尔器件关断的磁场强度。器件输出的参数取决于器件的电学设计。

•BHYS –磁开关点滞回窗口。霍尔元件的传输功能利用开关点之间的这个差值来过滤掉在应用中可能由于机械振动或电磁噪声引

起磁场的小的波动值。BHYS = | BOP − BRP |.

典型工作状态

全极性霍尔传感器的开关点是关于B=0对称的，如图2。开关点在与之相反的极性上是具有等效的强度的。比如，器件的南极

BOP=60GS，BRP=30GS，那么它的北极BOP=-60GS，BRP=-30GS。锁存最新的工作状态，避免受外部微弱磁场的影响。

图2A全极开关的输出特性

图2A全极开关的输出特性

全极性器件在任何足够强的极性的磁场下打开的时候，输出高电平（图2A）（几乎达到Vcc）还是低电平（图2B）（输出管的Vout，一

般小于200mV），取决于器件输出级的设计。全极性开关在一个较小的磁场内关断，输出为一个与导通时极性相反的信号。磁场强度在滞回窗口内的时候，器件的状态不转换。另外，当外部为弱磁场（BRPn ＜BBRPs）时，锁存当前的状态可以避免器件状态转换。在器件状态再次转换前，没有必要经过B=0GS这个点。一个知道目前状态的器件点可以通过相同或者相反极性的磁场来控制下面的开关状态。

虽然器件可以在任何外部磁场强度的状态下开机，但是为了解释图2由存在北极磁场强度远大于Bop的最远的左边开始，器件导通，输出高电平或者低电平取决于器件的设计。

沿着正确的箭头向右走，北磁场变的越来越弱，当B＜Brpn时，器件关断，输出转换为相反的状态。

当磁场强度一直弱于Bopn和Bops（在B=0附近）时，器件一直关断，锁存输出状态不变化。即使磁场强度超过Brpn和Brps，在Bhys 内的时候，输出状态也一直锁存。

如果强的南极磁场到来，按着向右的箭头，当B＞Bops时，器件导通，输出状态再次向相反的状态转换。如果是强的北极磁场到来，按着向左的箭头，当B强于Bopn时，器件导通，输出回到初始的状态。

上拉电阻

上拉电阻必须连接在电源和输出引脚之间，上拉电阻的阻值一般是1-10kΩ。最小上拉电阻是传感器最大输出电流（拉电流）和电源的函数。20mA是一个最大输出电流的典型值，并在此情况下，最

低可拉VCC / 0.020的负载。如果考虑消耗的电流，上拉电阻可以增大到50-100 kΩ。

注意：如果上拉电阻过大，那么即使外部的磁场是磁关断状态，电路的输出也将是低电平。这并不是器件的问题，而是在与上拉电阻和传感器IC的输出引脚间发生的电流泄露。严重的话，会使大幅降低芯片的输出电压，使其失去逻辑功能。

使用滤波电容

参考图3中滤波电容的摆放位置，一般来说：

•对于没有斩波稳定的设计来说，建议在输出和接地之间以及电源和接地之间分别放置一个0.01μF的电容。

•对于斩波稳定设计，必须在电源和地之间放置一个0.1μF的电容，建议在输出和地面之间放置一个一个0.1μF的电容。

图3典型应用图

上电状态

在通电情况下，只有外部磁场大于BOP或者小于BRP的情况下，双极器件才能上电在一个有效的状态。如果磁场强度是在迟滞带，BOP 和BRP之间，器件保持最初的状态，然后经过一个开关点，达到第一个正确的状态。器件可以设计一个上电逻辑使器件在开关点到达之前，一直处于关闭状态。

上电时间

上电时间某种程度上取决于器件的设计，数字输出传感器IC，如双极器件，达到初始稳定的上电时间如下：有斩波放大器设计的器件，上电时间＜25us，没有斩波放大器设计的器件＜4us。一般说来，在通电之后经历这段时间之前，器件的输出可能处于一个不正确的状态，但是，经过这段时间之后，器件的输出肯定处于一个正确的状态。功耗

总功耗是两个因素的总和：

•消耗在器件上的功率，不包括在输出端的功率耗散。这个值的大小是Vcc与电源电流Icc的乘积。电源电压和电源电流已经在数据表中被指定了。例如，Vcc=12V，Icc=9mA，功耗为108 mW。

•消耗在输出管上的功率，它的大小是饱和导通电压Vonsat与输出电流Ion（由上拉电阻决定）的乘积。如果最坏情况下，Vonsat=0.4，Ion=20mA，功耗为8 mW。由于饱和导通电压的值比较小，所以在输出上的功耗比较小。在这个例子中消耗的总功率为116mW。利用这个数字来降低数据表中的额定功率，检查最大允许工作温度是否应该降低。