全面認知·超高靈敏度霍爾元件

在 《全面認知·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。

此章節中將介紹超高靈敏度霍爾元件的應用例。

在3種霍爾元件中靈敏度更高, 因此在瞬間檢測磁場變化方面非常出色。另外, 定電壓驅動時比定電流驅動時溫度特性更穩定。

超高靈敏度霍爾元件的代表性應用例

超高靈敏度霍爾元件

直流無刷電機

直流無刷電機是指直流電流驅動下旋轉的高效率, 易維護的電機。用于空調的風扇電機和白色家電產品的主電機等。作為代表性的直流電機, 可以列舉出有刷電機, 但有刷電機里切換流過線圈的電流的換向器和供給電源的電刷在物理上要反復接觸, 分離, 因此接觸部分會磨損, 縮短壽命。直流無刷電機是根據傳感器的輸出信號進行電動式切換, 所以是長壽命的電機。

圖1 直流有刷電機原理

圖2 內轉子的DC無刷

直流無刷電機的主要構成部件是磁鐵, 霍爾元件, 線圈。如圖所示, 在被稱為轉子的中心部的旋轉體上配置磁鐵, 使用安裝在被稱為定子的外側的固定部分上的霍爾元件, 檢測來自轉子的磁場。根據各霍爾元件檢測出的磁場信息, 使電流流過各個線圈, 制成電磁鐵。對電磁鐵產生的磁場的強度和方向進行良好的時間控制, 利用轉子的磁鐵和線圈的電磁鐵的排斥, 吸引力使轉子旋轉。

另外, 由于實際的霍爾元件存在偏移電壓, 所以會影響霍爾元件檢測磁鐵位置的時機。下圖3 (上) 是用靈敏度高的霍爾元件 (藍線) 和靈敏度低的霍爾元件 (黃線) 檢測磁鐵的旋轉時的輸出電壓例。通常沒有偏移電壓時, 輸出電壓的正/負切換對應磁鐵的N極/S極的切換。但是, 實際上如圖所示, 由于存在偏移電壓, 所以輸出電壓的正/負切換和磁鐵的N極/S極的切換會產生偏移。

圖3 利用霍爾元件檢測電動機的磁極

下圖3 (下) 是具有偏移電壓的霍爾元件, 是根據輸出電壓的正/負, 檢測出N極/S極的切換時的檢測時序圖。使用靈敏度低的霍爾元件時, 由于偏移電壓的影響, S極/N極的檢測可見大的占空比偏差。但是,像InSb那樣的靈敏度高的傳感器, 與偏移電壓相, 因為輸出電壓大, 所以S極/N極的檢測的占空比的偏差小。以使用此種霍爾元件為前提, 并使磁鐵穩定地旋轉的話, 則電機的旋轉效率會變好。

超高靈敏度霍爾元件

閉環型電流傳感器

磁感應式電流傳感器是通過測定測定對象的電流線周圍產生的磁場 (磁通密度) 來檢測電流量的傳感器。閉環型電流傳感器用于太陽能發電的功率調節器的AC檢測部等。關于電流產生的磁通密度, 根據Bio Savar定律, 用下式表示。關于電流產生的磁通密度, 根據Bio Savar定律, 可以用下式表示。

B=μ0/(2πr)× I

B: 磁通密度

μ0: 真空導磁率

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系, 通過利用霍爾元件測定從電流線產生的磁場, 能夠正確地測定流過電流線的電流量。另外, 該方法與以往的在測定對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) 來測定電壓的方法不同, 是使測定對象的電流線和傳感器信號在絕緣狀態下檢測, 該方法具有能夠無損失地進行測定的優點。

閉環型電流傳感器即使是在磁感應式電流傳感器中, 因為有進行反饋控制可以高精度的檢測電流量, 所以這是其一大特征。閉環型電流傳感器的主要部件是被稱為電流線, 集中磁場的磁性體, 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時, 產生的磁場被集中在磁芯,施加在霍爾元件上。

圖5 閉環型電流傳感器

反饋電路以該霍爾元件的輸出電壓為基準, 為了生成與輸入電流產生的磁場相反的磁場, 給卷繞在鐵心上的線圈通電, 進行校正霍爾元件的輸出電壓, 使其輸出電壓始終為0V。根據此時流過線圈的電流量, 可以計算流過輸入電流線的電流量。閉環型電流傳感器檢測霍爾元件的輸出電壓是否為0[V], 所以通過使用靈敏度高的InSb, 可以高精度地檢測電流量。

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