汽车霍尔传感器的原理和应用

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1、汽车霍尔传感器的原理和应用1引言霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。未来几年，随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。与此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。隨着霍尔传感器越来越广泛地应用在汽车电子等领域，关心它的人也越来越多，这里我们将介绍汽车霍尔传感器的原理和应用。2霍尔效应原理和霍尔元件               

2、                              图1图1中在一块半导体薄片H上A+,A-两电极之间通电，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧电极C1,C2之间会出现一个电压VH，这种现象就是霍尔效应，是由美国科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。    这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立

3、起一个稳定的电压VH，这就是霍尔电压，这个半导体薄片称为霍尔元件。 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP等等。3.霍尔集成电路霍尔集成电路是汽车霍尔传感器的核心部分，它将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。   霍尔集成电路是由霍尔元件、差分放大器等电子元器件集成到同一块半导体芯片上组成，是一种磁敏传感器。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍

4、尔集成电路是以霍尔效应原理为基础工作的。   霍尔集成电路具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。   按照霍尔集成电路的功能可将它们分为:霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。   霍尔线性集成电路的精度高、线性度好；霍尔开关集成电路无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。   霍尔集成电路的分类如下：3.1  

5、霍尔线性集成电路  它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图2和图3。 这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测，典型的霍尔线性集成电路的技术指标如表1所示。                                                 图2 霍尔线性电路的磁电转换特性曲线                 图3功能框图 表1 霍尔线性电路的特性参数型号VccV线性范围mT工作温度℃灵敏度S/mV/mT静态输出电压Vo/V

6、minmidmaxminmidmaxSS4954.5～10±70-40～+12515--352.42.52.6A35034.5～6±90-40～+1251020302.252.52.75 3.2. 霍尔开关集成电路 霍尔开关集成电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=B

7、H称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图5，图5(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。            (a) 单OC输出                    (b)双OC输出                   图4  霍尔开关集成电路的功能框图               (a)开关型输出特性                 (b)锁定型输出特性                    

8、                   图5  霍尔开关集成电路的输出特性    一般规定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。   锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B正向增加，达到