相比，霍爾效應(yīng)開關(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)過霍爾開關(guān)時(shí)，IC VOUT 信號(hào)會(huì)經(jīng)過高-低-高轉(zhuǎn)換。VOUT 信號(hào)的上升沿會(huì)暫時(shí)打開晶體管 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)控制組件的接地開關(guān)內(nèi)放置的分流器來感測(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/門開啟/關(guān)閉 | 開關(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；開關(guān) |
失衡 | 線性傳感器；開關(guān) |
液位 | 線性傳感器；開關(guān) |
周期控制旋鈕 | 線性傳感器；開關(guān) |
流量計(jì) | 鎖存器；雙極開關(guān)；線性開關(guān) |
烘干機(jī) | 外蓋/門開啟/關(guān)閉 | 開關(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；開關(guān) |
斷裂皮帶 | 開關(guān)；集成電流傳感器 IC |
周期控制旋鈕 | 線性傳感器；開關(guān) |
烤箱 | 烤箱門燈 | 開關(guān) |
自清洗門鎖/聯(lián)鎖 | 開關(guān) |
冰箱 | 制冰機(jī)已滿 | 鎖存器；開關(guān) |
門燈 | 開關(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；開關(guān) |
洗碗機(jī) | 門開啟/關(guān)閉 | 開關(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；開關(guān) |
液位 | 開關(guān)；線性傳感器 |
流量計(jì) | 鎖存器；雙極開關(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；雙極開關(guān) |
開啟/關(guān)閉 | 開關(guān) |
速度控制 | 線性傳感器；開關(guān) |
自動(dòng)售貨機(jī) | 原位置 | 開關(guān) |
脈沖計(jì)數(shù)器/編碼器 | 鎖存器；雙極開關(guān) |
選擇開關(guān) | 開關(guān) |
車庫(kù)開門器 | 終端停止位置 | 開關(guān) |
脈沖計(jì)數(shù)器/編碼器 | 鎖存器；雙極開關(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；開關(guān) |
軟水機(jī) | 閥門位置 | 鎖存器；開關(guān)；線性器件 |
參考文獻(xiàn)
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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."
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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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