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(cè)磁場(chǎng)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(wú)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(guò)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(wú)刷電機(jī)是根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行電動(dòng)式切換, 所以是長(zhǎng)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(wú)刷
直流無(wú)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(cè)來(lái)自轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)。根據(jù)各霍爾元件檢測(cè)出的磁場(chǎng)信息, 使電流流過(guò)各個(gè)線圈, 制成電磁鐵。對(duì)電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(cè)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(cè)磁鐵的旋轉(zhuǎn)時(shí)的輸出電壓例。通常沒(méi)有偏移電壓時(shí), 輸出電壓的正/負(fù)切換對(duì)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(cè)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(cè)出N極/S極的切換時(shí)的檢測(cè)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(cè)可見(jiàn)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(cè)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(guò)測(cè)定測(cè)定對(duì)象的電流線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng) (磁通密度) 來(lái)檢測(cè)電流量的傳感器。閉環(huán)型電流傳感器用于太陽(yáng)能發(fā)電的功率調(diào)節(jié)器的AC檢測(cè)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(guò)利用霍爾元件測(cè)定從電流線產(chǎn)生的磁場(chǎng), 能夠正確地測(cè)定流過(guò)電流線的電流量。另外, 該方法與以往的在測(cè)定對(duì)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(lái)測(cè)定電壓的方法不同, 是使測(cè)定對(duì)象的電流線和傳感器信號(hào)在絕緣狀態(tài)下檢測(cè), 該方法具有能夠無(wú)損失地進(jìn)行測(cè)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)相反的磁場(chǎng), 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(guò)線圈的電流量, 可以計(jì)算流過(guò)輸入電流線的電流量。閉環(huán)型電流傳感器檢測(cè)霍爾元件的輸出電壓是否為0[V], 所以通過(guò)使用靈敏度高的InSb, 可以高精度地檢測(cè)電流量。
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原文標(biāo)題:知識(shí)科普 | 全面認(rèn)知·超高靈敏度霍爾元件
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