Kakšna je razlika med Hall-Effect trenutnim zaznavanjem in zaznavanjem položaja

Uporaba Hallovega učinka za merjenje toka je sama po sebi robustna, vendar je lahko še bolj vsestransko orodje, ko gre za zaznavanje položaja.

Zaznavanje v vseh oblikah je temeljnega pomena za toliko aplikacij. Vedno vključuje material, ki deluje kot pretvornik, za pretvorbo ene lastnosti v drugo. V elektroniki ima zaznavni element fizikalne lastnosti, ki se spremenijo zaradi delovanja zaznavanja, na primer njegov upor ali reaktanco, ki omogoča merjenje spremembe bodisi toka bodisi napetosti.

Hall učinek

Leta 1879 je Edwin Hall odkril, da ko je mogoče prevodnik ali polprevodnik s tokom, ki teče v eno smer, pravokotno na magnetno polje izmeriti napetost pod pravim kotom glede na tok poti. Dobro je ugotovljeno, da Hallov učinek izhaja iz interakcije nabitih delcev, kot so elektroni, kot odziv na električna in magnetna polja.

Hallov učinek, ki se uporablja za senzorje, se kaže kot merljiva razlika napetosti v prevodniku, skozi katerega mora biti prisoten stalen tok, ali kot merljiva razlika toka v prevodniku, skozi katerega mora teči konstantna napetost (slika 1) . Razlika napetosti je sorazmerna z jakostjo magnetnega polja. To pomeni, da se Hall-ov učinek lahko uporablja na dva zelo specifična načina, čeprav je osnovni učinek v obeh primerih enak.

1. V smislu senzorjev je Hallov učinek bodisi merljiva napetostna razlika v prevodniku, skozi katerega mora biti prisoten stalen tok, bodisi merljiva razlika v toku skozi prevodnik, skozi katerega mora teči konstantna napetost.

Raven signala zaradi spremembe polja glede na hrup v ozadju je majhna (razpon µV). Zato potrebuje precej sofisticirane signalne poti, da jih lahko izkoristi.

Ne da bi na kakršen koli način želeli razvrednotiti odkritja Edwina Halla, je učinek res razširitev uporabe Lorentzove sile, ki opisuje medsebojno delovanje med električnimi in magnetnimi silami na točkovnem naboju zaradi elektromagnetnih sprememb polja.

Preprosto povedano, v primeru Hallovega učinka Lorentzova sila opisuje učinek, ki ga ima magnetno polje na nabito delce, natančneje smer, ki jo bo prisiljena sprejeti, ko prehaja skozi prevodnik, izpostavljen magnetnemu polju. Fizično gibanje povzroči bolj ali manj naboja po površini prevodnika, kar ima za posledico razliko potencialov, imenovano Hallova napetost.

Hall-Effect zaznavanje toka

Dejstvo, da je Hallov učinek odvisen od magnetnega polja, pomeni, da ga je mogoče uporabiti kot brezkontaktno tehnologijo. Tako ni vsiljiv, za razliko od najpogostejšega načina zaznavanja toka, ki je sestavljen iz uporabe uporov z nizko vrednostjo kot šanta in merjenja padca napetosti na njem. Uporaba Hallovega učinka za merjenje toka je sama po sebi močna pri aplikacijah z visoko močjo, saj se ne opira na zemeljski potencial kot referenco.

Pri običajnem Hallovem tokovnem senzorju to pomeni, da senzor postavimo pravokotno na magnetno polje in uporabimo koncentrator, običajno feromagnetno jedro, ki ima obliko obroča ali kvadrata, nameščeno okoli vodnika, ki nosi tok, ki ga je treba izmeriti (sl. 2) . Senzor se običajno drži v majhni zračni reži, ki nastane med obema koncema feromagnetnega jedra.

2. Tu je primerjava, kako sta nameščena običajna Hall-efektna in Hall-IMC-jeva senzorja.

S senzorjem toka IMC-Hall je senzorski element nameščen vzporedno s trenutnim tokom (slika 2, spet) . V tem primeru feromagnetno jedro ni potrebno; vendar je za zaščito imunosti med presledki morda potreben ščit. To pomeni, da ga lahko uporabite za merjenje toka, ki teče v vodilu ali plošči PCB, le tako, da senzor postavite čez drog ali skladbo. To vrsto senzorja omogoča tehnologija IMC-Hall s pomočjo integriranega magnetnega koncentratorja (IMC), ki ga je razvil Melexis (glej spodaj) .

V bistvu gre za magnetno polje, ki ga ustvarja tok, ki ga zaznamo zaradi Hallovega učinka, ne pa samega toka.

Hall-Effect zaznavanje položaja

Isti princip se lahko uporablja za zaznavanje prisotnosti, odsotnosti ali bližine magnetnega polja. Učinkovito je mogoče zaznati, ojačati in obdelati Hallovo napetost, ki je posledica gibanja magneta po senzorjih. To predstavlja priložnost, da uporabite Hallov učinek za zaznavanje položaja ali celo orientacije predmetov glede na senzor.

V preprosti aplikaciji je to lahko sorazmerno grobo, na primer, ko je prenosnik odprt ali zaprt. Lahko pa je bolj zapleteno, če ga uporabljamo za zaznavanje linearnega gibanja ali vrtenja, kot je na primer sprememba položaja premičnega predmeta (slika 3) . V tem pogledu je uporaba Hallovega učinka za zaznavanje položaja veliko bolj vsestransko kot njegova uporaba kot senzor toka.

Integrirani magnetni koncentrator (IMC)

Ena izmed pomanjkljivosti večine Hall-evih senzorjev, ki je povezana z načinom delovanja učinka, je ta, da je Hallova plošča, ki se uporablja za občutek polja, omejena na samo eno os.

Za odpravo te pomanjkljivosti je Melexis razvil integrirani magnetni koncentrator ali IMC, zaradi katerega je Hallov učinek veliko bolj prožen. IMC omogoča, da Hallovi senzorji, medtem ko ostanejo v ravnini, zaznajo magnetna polja z osi X, Y in Z (slika 4) . Zato so prednosti uporabe številne, vključno s prilagodljivostjo usmerjenosti senzorja.

4. Integrirani magnetni koncentrator omogoča, da Hallovi senzorji, medtem ko ostanejo v ravnini, zaznajo magnetna polja z osi X, Y in Z.

Zaznavanje dvoločnega učinka v avtomobilskih aplikacijah

Z vključitvijo tehnologije IMC lahko številne aplikacije v avtomobilski industriji uporabijo Hallov učinek. S funkcijo Hall v treh dimenzijah lahko senzor Hall-efekta zaznate položaj stopalk, vrtenje volanskega stolpca in stanje zavorne ročice ter položaj sedežev na električni pogon.

Pod pokrovom se lahko uporablja tudi za nadziranje gibljivih delov črpalk in motorjev ter za merjenje toka, ki ga črpajo elektrificirani deli pogonskega sklopa, kot so pretvornik, sistem za spremljanje akumulatorja (BMS) ali polnilnik na plošči (OBC).

Zaključek

V bistvu lahko pojav Hallovega učinka izkoristimo na številne uporabne načine, vključno s trenutnim zaznavanjem in zaznavanjem položaja. Kljub velikim izzivom, kot sta nizko razmerje med signalom in šumom ali vpliv zaostalega polja, je elektronska industrija uspešno razvila robustne in natančne rešitve zaznavanja, ki temeljijo na Hallovem učinku.

Zlasti dodajanje močnega analognega prednjega in digitalnega signala skupaj z lastniškimi tehnologijami, kot je Melexisova IMC-Hall, pomeni, da se Hallov učinek lahko uporablja za merjenje toka in zaznavanje položaja - tudi v težkih okoljih, kot je avtomobilsko industrija.

Za več informacij nas kontaktirajte na sales@xfullstar.com