Care este diferența dintre senzorul de curent cu efect de hală și senzorul de poziție

Utilizarea efectului Hall pentru măsurarea curentului este inerent robustă, dar poate fi un instrument și mai versatil atunci când vine vorba de detectarea poziției.

Depistarea, în toate formele sale, este fundamentală pentru atâtea aplicații. El implică invariabil un material care acționează ca un traductor, pentru a transforma o proprietate în alta. În electronică, elementul senzor va avea proprietăți fizice care se schimbă ca urmare a acțiunii de detectare, cum ar fi rezistența sau reactanța sa care permite măsurarea unei modificări a curentului sau a tensiunii.

Efectul de hol

În 1879, Edwin Hall a descoperit că atunci când un conductor sau un semiconductor cu curent care curge într-o direcție a fost introdus perpendicular pe un câmp magnetic, o tensiune ar putea fi măsurată în unghi drept cu calea curentă. Este bine stabilit că efectul Hall rezultă din interacțiunea particulelor încărcate, precum electronii, ca răspuns la câmpurile electrice și magnetice.

Efectul Hall, așa cum se aplică senzorilor, se manifestă fie ca o diferență de tensiune măsurabilă între un conductor prin care trebuie să existe un curent constant, fie ca o diferență de curent măsurabilă între un conductor prin care trebuie să curgă o tensiune constantă (Fig. 1) . Diferența de tensiune este proporțională cu rezistența unui câmp magnetic. Aceasta înseamnă că efectul Hall poate fi utilizat în două moduri foarte specifice, chiar dacă efectul de bază este același în ambele cazuri.

1. În ceea ce privește senzorii, efectul Hall este fie o diferență de tensiune măsurabilă între un conductor prin care trebuie să existe un curent constant, fie o diferență de curent măsurabilă între un conductor prin care trebuie să curgă o tensiune constantă.

Nivelul semnalului datorită variației câmpului, raportat la zgomotul de fundal, este mic (interval de µV). Prin urmare, este nevoie de căi de semnal destul de sofisticate pentru a-l folosi.

Fără a dori să devalorizeze în vreun fel descoperirea lui Edwin Hall, efectul este într-adevăr o extensie a utilizării forței Lorentz, care descrie interacțiunea dintre forțele electrice și magnetice pe o sarcină punctuală datorită variației câmpului electromagnetic.

În termeni simpli, în cazul efectului Hall, forța Lorentz descrie efectul pe care un câmp magnetic îl are asupra unei particule încărcate, în special direcția pe care va fi obligată să o ia în timp ce trece printr-un conductor expus unui câmp magnetic. Mișcarea fizică are ca rezultat o încărcare mai mult sau mai puțin pe suprafața conductorului, ceea ce duce la diferența de potențial cunoscută sub denumirea de tensiune Hall.

Senzori de curent cu efect de hală

Faptul că efectul Hall depinde de un câmp magnetic înseamnă că poate fi folosit ca tehnologie fără contact. Astfel, este neintruziv, spre deosebire de cel mai obișnuit mod de detectare a curentului, care constă în utilizarea unui rezistor cu valoare scăzută ca șunt și măsurarea căderii de tensiune peste ea. Utilizarea efectului Hall pentru măsurarea curentului este inerent robustă în aplicațiile de mare putere, deoarece nu se bazează pe referință la potențialul solului.

Cu un senzor de curent convențional cu efect Hall, acest lucru înseamnă plasarea senzorului perpendicular pe câmpul magnetic și folosirea unui concentrator, în mod normal, un miez feromagnetic care are forma de inel sau pătrat, plasat în jurul conductorului care transportă curentul care trebuie măsurat (Fig. 2) . Senzorul va fi de obicei ținut într-un mic spațiu de aer format între cele două capete ale miezului feromagnetic.

2. Iată o comparație a modului în care sunt poziționați senzorii de curent Hall-efect și Hall-IMC.

Cu un senzor de curent IMC-Hall, elementul senzor este poziționat în paralel cu fluxul de curent (din nou Fig. 2) . În acest caz, nu este necesar un nucleu feromagnetic; cu toate acestea, un scut ar putea fi necesar pentru imunitatea în față. Acest lucru înseamnă că poate fi utilizat pentru a măsura curentul care curge într-o bară de bus sau pe o pistă PCB doar prin poziționarea senzorului deasupra barei sau a pistei. Acest tip de senzor este activat de tehnologia IMC-Hall folosind Concentratorul Magnetic Integrat (IMC) dezvoltat de Melexis (vezi mai jos) .

Fundamental, câmpul magnetic generat de curentul este detectat datorită efectului Hall, mai degrabă decât curentul în sine.

Detectare poziție efect efect de sală

Același principiu poate fi utilizat pentru a detecta prezența, absența sau apropierea unui câmp magnetic. În mod eficient, tensiunea Hall care rezultă din mișcarea unui magnet deasupra senzorilor poate fi detectată, amplificată și procesată. Aceasta prezintă o oportunitate de a utiliza efectul Hall pentru a detecta poziția sau chiar orientarea obiectelor în raport cu senzorul.

Într-o aplicație simplă, acest lucru poate fi relativ grosier, cum ar fi atunci când un laptop este deschis sau închis. Sau poate fi mai sofisticat atunci când este utilizat pentru a detecta mișcarea sau rotația liniară, cum ar fi variația de poziție a unui obiect mobil (Fig. 3) . În acest sens, utilizarea efectului Hall pentru detectarea poziției este mult mai versatilă decât utilizarea sa ca senzor de curent.

Concentratorul magnetic integrat (IMC)

Unul dintre dezavantajele majorității senzorilor cu efect Hall, care este legat de modul în care funcționează efectul, este că placa Hall folosită pentru a sesiza câmpul este limitată la o singură axă.

Pentru a rezolva acest dezavantaj, Melexis a dezvoltat concentratorul magnetic integrat sau IMC, ceea ce face ca efectul sălii să fie mult mai flexibil. IMC permite senzorilor de efect Hall, rămânând într-un plan, să detecteze câmpuri magnetice din axele X, Y și Z (Fig. 4) . În consecință, beneficiile aplicației sunt multiple, inclusiv flexibilitatea orientării senzorului.

4. Concentratorul magnetic integrat permite senzorilor de efect Hall, rămânând într-un plan, să detecteze câmpurile magnetice din axele X, Y și Z.

Detectarea efectului pe hol în aplicațiile auto

Odată cu includerea tehnologiei IMC, multe aplicații din industria auto pot utiliza efectul Hall. Funcționând în trei dimensiuni, senzorul Hall-effect poate fi utilizat pentru a detecta poziția pedalelor, rotirea coloanei de direcție și starea manetei de frână și poziția scaunelor acționate electric.

Poate fi, de asemenea, aplicat sub capotă pentru monitorizarea pompelor și motoarelor de lije ale pieselor mobile, precum și pentru măsurarea curentului tras de părțile electrificate ale motorului, cum ar fi invertorul, sistemul de monitorizare a bateriei (BMS) sau pornirea încărcător de bord (OBC).

Concluzie

În termeni de bază, fenomenul efect Hall poate fi exploatat într-o serie de moduri utile, inclusiv detecția curentă și detecția de poziție. În ciuda provocărilor mari, precum raportul scăzut semnal-zgomot sau impactul câmpului fără stăpân, industria electronică a reușit să dezvolte soluții de detecție robuste și precise bazate pe efectul Hall.

În special, adăugarea unui puternic front analog analog și a unei căi de semnal digital, împreună cu tehnologii proprii, cum ar fi Melexis 'IMC-Hall, înseamnă că efectul Hall poate fi aplicat la măsurarea curentă și detectarea poziției - chiar și în medii dure, cum ar fi automobilul industrie.

Pentru mai multe informații, vă rugăm să ne contactați la adresa sales@xfullstar.com