全面認(rèn)知·超高靈敏度霍爾元件

在 《全面認(rèn)知·霍爾元件》中, 我們介紹了三種霍爾元件：超高靈敏度霍爾元件, 高靈敏度霍爾元件和低漂移霍爾元件。

此章節(jié)中將介紹超高靈敏度霍爾元件的應(yīng)用例。

在3種霍爾元件中靈敏度更高, 因此在瞬間檢測磁場變化方面非常出色。另外, 定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)比定電流驅(qū)動(dòng)時(shí)溫度特性更穩(wěn)定。

超高靈敏度霍爾元件的代表性應(yīng)用例

超高靈敏度霍爾元件

直流無刷電機(jī)

直流無刷電機(jī)是指直流電流驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)的高效率, 易維護(hù)的電機(jī)。用于空調(diào)的風(fēng)扇電機(jī)和白色家電產(chǎn)品的主電機(jī)等。作為代表性的直流電機(jī), 可以列舉出有刷電機(jī), 但有刷電機(jī)里切換流過線圈的電流的換向器和供給電源的電刷在物理上要反復(fù)接觸, 分離, 因此接觸部分會(huì)磨損, 縮短壽命。直流無刷電機(jī)是根據(jù)傳感器的輸出信號進(jìn)行電動(dòng)式切換, 所以是長壽命的電機(jī)。

圖1 直流有刷電機(jī)原理

圖2 內(nèi)轉(zhuǎn)子的DC無刷

直流無刷電機(jī)的主要構(gòu)成部件是磁鐵, 霍爾元件, 線圈。如圖所示, 在被稱為轉(zhuǎn)子的中心部的旋轉(zhuǎn)體上配置磁鐵, 使用安裝在被稱為定子的外側(cè)的固定部分上的霍爾元件, 檢測來自轉(zhuǎn)子的磁場。根據(jù)各霍爾元件檢測出的磁場信息, 使電流流過各個(gè)線圈, 制成電磁鐵。對電磁鐵產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度和方向進(jìn)行良好的時(shí)間控制, 利用轉(zhuǎn)子的磁鐵和線圈的電磁鐵的排斥, 吸引力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

另外, 由于實(shí)際的霍爾元件存在偏移電壓, 所以會(huì)影響霍爾元件檢測磁鐵位置的時(shí)機(jī)。下圖3 (上) 是用靈敏度高的霍爾元件 (藍(lán)線) 和靈敏度低的霍爾元件 (黃線) 檢測磁鐵的旋轉(zhuǎn)時(shí)的輸出電壓例。通常沒有偏移電壓時(shí), 輸出電壓的正/負(fù)切換對應(yīng)磁鐵的N極/S極的切換。但是, 實(shí)際上如圖所示, 由于存在偏移電壓, 所以輸出電壓的正/負(fù)切換和磁鐵的N極/S極的切換會(huì)產(chǎn)生偏移。

圖3 利用霍爾元件檢測電動(dòng)機(jī)的磁極

下圖3 (下) 是具有偏移電壓的霍爾元件, 是根據(jù)輸出電壓的正/負(fù), 檢測出N極/S極的切換時(shí)的檢測時(shí)序圖。使用靈敏度低的霍爾元件時(shí), 由于偏移電壓的影響, S極/N極的檢測可見大的占空比偏差。但是,像InSb那樣的靈敏度高的傳感器, 與偏移電壓相, 因?yàn)檩敵鲭妷捍? 所以S極/N極的檢測的占空比的偏差小。以使用此種霍爾元件為前提, 并使磁鐵穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)的話, 則電機(jī)的旋轉(zhuǎn)效率會(huì)變好。

超高靈敏度霍爾元件

閉環(huán)型電流傳感器

磁感應(yīng)式電流傳感器是通過測定測定對象的電流線周圍產(chǎn)生的磁場 (磁通密度) 來檢測電流量的傳感器。閉環(huán)型電流傳感器用于太陽能發(fā)電的功率調(diào)節(jié)器的AC檢測部等。關(guān)于電流產(chǎn)生的磁通密度, 根據(jù)Bio Savar定律, 用下式表示。關(guān)于電流產(chǎn)生的磁通密度, 根據(jù)Bio Savar定律, 可以用下式表示。

B=μ0/(2πr)× I

B: 磁通密度

μ0: 真空導(dǎo)磁率

r:距電流線的距離

I: 電流

圖4 Bio Savar定律

由該式可知, 電流和磁通密度成比例關(guān)系, 通過利用霍爾元件測定從電流線產(chǎn)生的磁場, 能夠正確地測定流過電流線的電流量。另外, 該方法與以往的在測定對象的電流線上直接加入分流電阻 (電流電壓變換用的小電阻) 來測定電壓的方法不同, 是使測定對象的電流線和傳感器信號在絕緣狀態(tài)下檢測, 該方法具有能夠無損失地進(jìn)行測定的優(yōu)點(diǎn)。

閉環(huán)型電流傳感器即使是在磁感應(yīng)式電流傳感器中, 因?yàn)橛羞M(jìn)行反饋控制可以高精度的檢測電流量, 所以這是其一大特征。閉環(huán)型電流傳感器的主要部件是被稱為電流線, 集中磁場的磁性體, 線圈, 霍爾元件。以覆蓋輸入電流線的周圍的方式配置鐵心, 在鐵心的間隙部配置霍爾元件, 再在該鐵心上纏繞線圈。使電流在輸入電流線中流動(dòng)時(shí), 產(chǎn)生的磁場被集中在磁芯,施加在霍爾元件上。

圖5 閉環(huán)型電流傳感器

反饋電路以該霍爾元件的輸出電壓為基準(zhǔn), 為了生成與輸入電流產(chǎn)生的磁場相反的磁場, 給卷繞在鐵心上的線圈通電, 進(jìn)行校正霍爾元件的輸出電壓, 使其輸出電壓始終為0V。根據(jù)此時(shí)流過線圈的電流量, 可以計(jì)算流過輸入電流線的電流量。閉環(huán)型電流傳感器檢測霍爾元件的輸出電壓是否為0[V], 所以通過使用靈敏度高的InSb, 可以高精度地檢測電流量。

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