相比，霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)具有可靠、耐用、簡(jiǎn)單、尺寸小和重量輕的優(yōu)勢(shì)。
圖 10.采用充氣隔膜的液位感測(cè)技術(shù)。
轉(zhuǎn)鼓檢測(cè)
霍爾效應(yīng)傳感器 IC 能滿足各種轉(zhuǎn)鼓感測(cè)的需要，如速度、方向和皮帶斷裂檢測(cè)。
將磁體裝到轉(zhuǎn)鼓上，再使用固定的霍爾開(kāi)關(guān)，就能制造簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)指示器。每當(dāng)轉(zhuǎn)鼓完整旋轉(zhuǎn)一次后，開(kāi)關(guān)就會(huì)發(fā)送一個(gè)數(shù)字脈沖。該信號(hào)可用于指示轉(zhuǎn)鼓是否在旋轉(zhuǎn)，微處理器還能用它計(jì)算速度。如果需要提高轉(zhuǎn)鼓位置的精度，可使用差分霍爾效應(yīng)傳感器（如 A3425）和齒輪結(jié)構(gòu)，如圖 5 所示。更精密的反向偏壓霍爾效應(yīng)傳感器（如 A3423）能提供轉(zhuǎn)鼓速度信息并進(jìn)行方向檢測(cè)。
除感測(cè)轉(zhuǎn)鼓的位置、速度和方向外，還能檢測(cè)皮帶斷裂故障。例如，如果烘干機(jī)的皮帶斷裂時(shí)，烘干機(jī)內(nèi)的加熱元件未關(guān)閉，那烘干機(jī)停轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致衣服著火。圖 11 顯示了可檢測(cè)斷裂皮帶的電路，它采用了一個(gè)裝有磁體的轉(zhuǎn)鼓和一個(gè)固定霍爾開(kāi)關(guān)。在該電路中，中央節(jié)點(diǎn)會(huì)以 R1C1 對(duì)確定的速度充電。當(dāng)磁體經(jīng)過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，IC VOUT 信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)高-低-高轉(zhuǎn)換。VOUT 信號(hào)的上升沿會(huì)暫時(shí)打開(kāi)晶體管 Q1，使中央節(jié)點(diǎn)放電。斷裂的皮帶會(huì)使轉(zhuǎn)鼓停止旋轉(zhuǎn)，以防止出現(xiàn)上升沿轉(zhuǎn)換。這能確保中央節(jié)點(diǎn)自由充電。當(dāng)中央節(jié)點(diǎn)達(dá)到啟動(dòng)復(fù)合晶體管對(duì)的電壓時(shí)，電路輸出會(huì)切換至數(shù)字低信號(hào)，以顯示皮帶斷裂故障。
圖 11.采用簡(jiǎn)單霍爾開(kāi)關(guān)的斷裂皮帶檢測(cè)電路。
電動(dòng)機(jī)控制
霍爾效應(yīng)傳感器 IC 能以可靠和簡(jiǎn)單的方式監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流，以進(jìn)行有效的控制和保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的電流消耗與其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩成正比。因此，控制電動(dòng)機(jī)的速度和外加力的典型方法是，向微處理器反饋其電流消耗的測(cè)量值。然后微處理器會(huì)計(jì)算是要對(duì)電動(dòng)機(jī)施加更多還是更少的電流，以達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速。霍爾效應(yīng)傳感器 IC 能直接以串聯(lián)方式與電動(dòng)機(jī)（或任何電感負(fù)載）一起放置，因?yàn)樗鼈冇须娮铇O低的銅引線框架。
傳統(tǒng)的技術(shù)會(huì)利用在電動(dòng)機(jī)控制組件的接地開(kāi)關(guān)內(nèi)放置的分流器來(lái)感測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流。利用這種方法，只能監(jiān)測(cè)一半的電動(dòng)機(jī)電流，這會(huì)降低精度，并增加 I2R 損耗。霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的輸入電源與電流通路完全隔離，這能確保提高測(cè)量精度，并減小功率測(cè)量值。采用 SOIC-8 封裝的 Allegro ACS712 適用于較弱的標(biāo)稱電流，采用 CB 封裝的 ACS75x 適用于較強(qiáng)的電流感測(cè)應(yīng)用。
微功耗解決方案
由于全社會(huì)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷深化，因此市場(chǎng)對(duì)低能耗家電的需求日益強(qiáng)烈。美國(guó)聯(lián)邦政府的“能源之星”計(jì)劃的要求一年比一年嚴(yán)格。Allegro MicroSystems 是首家提供微功耗霍爾開(kāi)關(guān)和線性傳感器的公司，其目的是幫助制造商降低家電產(chǎn)品的能耗。
321x 系列霍爾開(kāi)關(guān)采用了獨(dú)特的時(shí)鐘電路圖和 2.75V 的標(biāo)稱工作電壓，以確保達(dá)到 15μW 的典型功耗。139x 系列線性霍爾器件在主動(dòng)模式下具有 3 V 的標(biāo)稱工作電壓和 10 mW 的功耗。139x 系列霍爾器件還配有睡眠引腳，以確保微控制器關(guān)閉器件，并將功耗降至標(biāo)稱 75 μW（參閱圖 12）。此外，當(dāng) 139X 系列霍爾器件處于休眠模式時(shí)，器件的輸出會(huì)轉(zhuǎn)換至高阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，只要采用輪詢機(jī)制及時(shí)監(jiān)測(cè)單獨(dú) A139X 在任意點(diǎn)的輸出，就能將多個(gè) 139X 線性霍爾傳感器 IC 連接到單獨(dú)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入端。
圖 12 配有睡眠引腳輸入的 3 V A139x 微功耗線性霍爾傳感器的示意圖
總結(jié)
本文介紹的應(yīng)用只是一些代表性的實(shí)例，它們體現(xiàn)了與傳統(tǒng)技術(shù)相比，霍爾效應(yīng)技術(shù)如何提高現(xiàn)代家電的性能和可靠性。表 1 總結(jié)了其他霍爾技術(shù)的應(yīng)用。使用《Allegro 選型指南》可找到符合指定應(yīng)用需求的適用霍爾器件。
表 1：霍爾效應(yīng)器件在現(xiàn)代家電中的應(yīng)用 |
|---|
應(yīng)用 | 應(yīng)用 | 霍爾器件類型選項(xiàng) |
|---|
洗碗機(jī) | 外蓋/門開(kāi)啟/關(guān)閉 | 開(kāi)關(guān) |
電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
轉(zhuǎn)鼓速度/方向 | 齒輪齒；接近；開(kāi)關(guān) |
失衡 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
液位 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
周期控制旋鈕 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
流量計(jì) | 鎖存器；雙極開(kāi)關(guān)；線性開(kāi)關(guān) |
烘干機(jī) | 外蓋/門開(kāi)啟/關(guān)閉 | 開(kāi)關(guān) |
電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
轉(zhuǎn)鼓速度 | 齒輪齒；接近；開(kāi)關(guān) |
斷裂皮帶 | 開(kāi)關(guān)；集成電流傳感器 IC |
周期控制旋鈕 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
烤箱 | 烤箱門燈 | 開(kāi)關(guān) |
自清洗門鎖/聯(lián)鎖 | 開(kāi)關(guān) |
冰箱 | 制冰機(jī)已滿 | 鎖存器；開(kāi)關(guān) |
門燈 | 開(kāi)關(guān) |
電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
貨架位置 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
洗碗機(jī) | 門開(kāi)啟/關(guān)閉 | 開(kāi)關(guān) |
電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
噴霧器運(yùn)行 | 齒輪齒；接近；開(kāi)關(guān) |
液位 | 開(kāi)關(guān)；線性傳感器 |
流量計(jì) | 鎖存器；雙極開(kāi)關(guān) |
吸塵器 | 電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
VR 電動(dòng)機(jī)換向 | 鎖存器；雙極開(kāi)關(guān) |
開(kāi)啟/關(guān)閉 | 開(kāi)關(guān) |
速度控制 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
自動(dòng)售貨機(jī) | 原位置 | 開(kāi)關(guān) |
脈沖計(jì)數(shù)器/編碼器 | 鎖存器；雙極開(kāi)關(guān) |
選擇開(kāi)關(guān) | 開(kāi)關(guān) |
車庫(kù)開(kāi)門器 | 終端停止位置 | 開(kāi)關(guān) |
脈沖計(jì)數(shù)器/編碼器 | 鎖存器；雙極開(kāi)關(guān) |
電動(dòng)機(jī)電流 | 線性傳感器；集成電流傳感器 IC |
攪拌機(jī) | 速度控制 | 線性傳感器；開(kāi)關(guān) |
軟水機(jī) | 閥門位置 | 鎖存器；開(kāi)關(guān)；線性器件 |
參考文獻(xiàn)
G. Pepka."Position and Level Sensing Using Hall Effect Sensing Technology."
Allegro MicroSystems technical paper.
Sensor Review Journal SR27-1, February 2007.
M. Hopkins."The State of the Art in Hall Effect Technology and Its Implications for Appliance Design and Development."
Allegro MicroSystems technical paper.
IATC, March, 2004.
A. Friedrich, M. Doogue, J. Cummings."Recent Trends in Hall Effect Current Sensing."
Allegro MicroSystems technical paper.
PCIM 2006, May 2006.
本文介紹的產(chǎn)品是采用下列一項(xiàng)或多項(xiàng)美國(guó)專利制造的：5,619,137；5,621,319；6,781,359；7,075,287；7,166,807；7,265,531；7,425,821 或其他未決專利。
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