電器配件(霍爾開關(guān))全方位解析其原理電路及失效檢測

2017-07-29

一、霍爾開關(guān)原理--簡介

霍爾開關(guān)(Hall switch)又稱霍爾數(shù)字電路，是一種新型的電器配件，由反向電壓保護器、精密電壓調(diào)節(jié)器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器、溫度補償器和互補型集電極開路輸出器等七部分組成，具有無觸點、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。該電路由于具有高達400 mA的負載能力，并且是互補型輸出，因此，它是無刷風扇最理想的器件。

二、霍爾開關(guān)--原理

霍爾效應(yīng)說的是當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為：U=KIB/d

式中，K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場的磁感應(yīng)強度，d是薄片的厚度。

霍爾開關(guān)屬于有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，可方便的把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成實際應(yīng)用中的電信號，同時，又可滿足工業(yè)場合實際應(yīng)用中易操作和可靠性的要求。

在外磁場的作用下，當磁感應(yīng)強度超過導通閾值BOP 時，霍爾電路輸出管導通，輸出低電平。之后B 再增加，電路仍保持導通態(tài)。若外加磁場的B 值降低到BRP 時，輸出管截止，輸出高電平。我們稱BOP 為工作點，BRP 為釋放點，BOP-BRP=BH 稱為回差。回差的存在使開關(guān)電路的抗干擾能力增強。

三、霍爾開關(guān)--原理結(jié)構(gòu)

霍爾開關(guān)電路由反向電壓保護器、精密電壓調(diào)節(jié)器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器、溫度補償器和互補型集電極開路輸出器等七部分組成。下面我們簡單介紹一下各部分的功能。

電壓調(diào)節(jié)器：當電源電壓從3.5V~20V變化時，保證該電路正常工作。

反向保護器：當應(yīng)用電源反接或在使用過程中受到反向脈沖電壓的干擾時，對電路起保護作用，保護電壓可達30V;

霍爾電壓發(fā)生器：將變化的磁信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。

差分放大器：將霍爾電壓發(fā)生器輸出的微弱電壓信號放大。

施密特觸發(fā)器：將差分放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

溫度補償器：確保集成電路在-20℃~+85℃之間可靠地工作。

互補輸出器：輸出電流可直接驅(qū)動無刷風機的兩組繞組。

由上圖可知，當無刷風機接通電源時，若霍爾電壓發(fā)生器受到交變磁場的作用，輸出端②和③的電位狀態(tài)也隨著發(fā)生變化，從而改變負載電流的方向，使風機正常運轉(zhuǎn)。

四、霍爾開關(guān)--分類

1、單極霍爾效應(yīng)開關(guān)(數(shù)字輸出)

單極霍爾效應(yīng)開關(guān)具有磁性工作閾值 (Bop)。如果霍爾單元承受的磁通密度大于工作閾值，那么輸出晶體管將開啟;當磁通密度降至低于工作閾值 (Brp) 時，晶體管會關(guān)閉。滯后 (Bhys) 是兩個閾值 (Bop-Brp) 之間的差額。即使存在外部機械振動及電氣噪音，此內(nèi)置滯后頁可實現(xiàn)輸出的凈切換。單極霍爾效應(yīng)的數(shù)字輸出可適應(yīng)各種邏輯系統(tǒng)。這些器件非常適合與簡單的磁棒或磁桿一同使用。單極性霍爾開關(guān)它的正反面會各指定一個磁極感應(yīng)才會有作用，在具體應(yīng)用當中應(yīng)該注意磁鐵的磁極的安裝，反了就會造成單極性不感應(yīng)輸出。

2、雙極霍爾效應(yīng)開關(guān)(數(shù)字輸出)

雙極性霍爾具體又分雙極性不帶鎖存型霍爾開關(guān)和雙極性鎖存型霍爾開關(guān)。

雙極霍爾效應(yīng)開關(guān)通常在南極磁場強度足夠的情況下打開，并在北極磁場強度足夠的情況下關(guān)閉，但如果磁場被移除，則是隨機輸出，有可能是打開，也有可能是關(guān)閉。雙極鎖存型霍爾效應(yīng)開關(guān)通常在南極磁場強度足夠的情況下打開，并在北極磁場強度足夠的情況下關(guān)閉，但如果磁場被移除，不會更改輸出狀態(tài)。這些霍爾效應(yīng)開關(guān)可使用南北交變磁場、多極環(huán)磁鐵進行磁驅(qū)動。

3、雙極鎖存型霍爾效應(yīng)開關(guān)(數(shù)字輸出)

當置于n極(或s極)時開啟，磁場移除后繼續(xù)保持開啟;而只有當置于s極(或n極)時才會關(guān)閉，磁場移除后繼續(xù)保持其開啟或關(guān)閉狀態(tài)，直到下次磁場改變。這種保持上次狀態(tài)的特性即鎖存特性，這種類型的霍爾效益開關(guān)即雙極鎖存型霍爾效應(yīng)開關(guān)。

4、全極霍爾效應(yīng)開關(guān)(數(shù)字輸出)

與其他霍爾效應(yīng)開關(guān)不同，只要存在強度足夠大的北極或南極磁場，這些器件就能打開;而在沒有磁場的時候，輸出會關(guān)閉。

5、線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC(模擬輸出)

線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的電壓輸出會精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(tài)(無磁場)時，從理論上講，輸出應(yīng)等于在工作電壓及工作溫度范圍內(nèi)的電源電壓的一半。增加南極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的電壓。相反，增加北極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的電壓。這些部件可測量電流的角、接近性、運動及磁通量。它們能夠以磁力驅(qū)動的方式反映機械事件。

6、微功耗型霍爾效應(yīng)開關(guān)(數(shù)字輸出)

隨著手機、筆記本電腦、DV等便攜式設(shè)備的普及，對霍爾IC的功耗提出要求，由此產(chǎn)生了一大類新的霍爾IC。它是數(shù)字霍爾IC按功耗單獨分出的一類，其內(nèi)部采用休眠機制降低功耗，平均功耗可以達到uA級。它也可按功能分為單級型霍爾IC、鎖定型霍爾IC、和全級霍爾IC三類。這類一般用于電池長期供電的系統(tǒng)。

五、霍爾開關(guān)--失效鑒定

給您一個簡單的方法：霍爾面向自己(印章面)，管腳向下，從左到右分別為：正極(開關(guān)霍爾4.5V到24V，線性霍爾5V)、負極、輸岀(信號)，在正極和輸出接電阻(1到10K)。在負極和輸出間接一個發(fā)光二極管(或用萬用表測量電壓，高電平等于電源電壓低電平約等于零)。接電后用磁鐵靠近或遠離霍爾可以看到發(fā)光二極管是否發(fā)光變化。如有變化就好的，沒變化就是壞的。

六、霍爾開關(guān)--單極開關(guān)電路(OH137)

霍爾開關(guān)分為單極開關(guān)和雙極開關(guān)，下面OH137為單極開關(guān)，雙極開關(guān)可在網(wǎng)上查詢下OH413，OH41等，作為參考電腦，具體詳情請看如下↓。

OH137 霍爾開關(guān)電路是為了適用客戶低成本高性能要求開發(fā)生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，性能可靠穩(wěn)定。電路內(nèi)部由反向電壓保護器、電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級組成，能將變化的磁場訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。

典型應(yīng)用領(lǐng)域：直流無刷電機、家用電器、縫紉設(shè)備、紡織機械、編碼器、安全報警裝置等自動化控制領(lǐng)域。

極限參數(shù)：(TA=25℃)

電源電壓 VCC···························4.5-24V

輸出負載電流 IO···················25mA

工作溫度范圍 TA ···············-40～85℃

貯存溫度范圍 TS ················-55～150℃