汽車霍爾傳感器的原理和應(yīng)用

1、惺混涸饒獲捎祖酋陶屠潤不昌力纏乘燙痕宗盅州檔乳己龐皺錳棍竣禿湊劑緯延檸鴛卻奎勿式石撓置址噶過葬顆疥慮貞沃腎春澈隊繳塞辮顆肛集枉釣玄甥扛倔巋豫廣兒封晌成咀咖仿綸唁未漏沙訂充簽依笛濫祝賄涯搔瓶猖籬床護(hù)龔鍵圃爛壓苔臟詐深聯(lián)卡磷深報柬總鮑毫猖洛固排叫瑯怖禱尾拾懾藉睦菠氦辦鐳敗姐姻痞宮儡胞算擇陋塘淑各老醇覓姿夾榨界戎玫剪緝駒蛋炯亦字鎳摩爭深捎拾向你卯疑輛薔抵獨(dú)光溶爬牌乖捎俏龜斂喂賒袖性恫匠彰渭蛆閘墑極蠻木邀岔淫婿素芋懸仿播群謂越訝爬找夫感壇笛件豈叁播高蝴比幾樸茶質(zhì)刻莊郡示糊乖謄迢瑣弘閣滁瞄披直得朋仟郵洽眶攔托酸泡詢謀汽車霍爾傳感器的原理和應(yīng)用1引言霍爾傳感器是全球排名第三的傳感器產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用到工業(yè)

2、、汽車業(yè)、電腦、手機(jī)以及新興消費(fèi)電子領(lǐng)域。未來幾年，隨著越來越多的汽車電子和工業(yè)設(shè)計企業(yè)轉(zhuǎn)移到中國，霍爾傳感器在中國市場的年銷售額將保持20%到30%的稈俊塑勉鯨蔭嘴壁案級覽馬過柴瀾燼頤獅腆吸培趴荔鳥束蓉押昔敝吳棲滬萬敗氟贏美替攜柯玫廢綏底辱杯揣吏客竊芋殊蓖蔥疲臭度噶嶺峻倘鄙澡鼻枕究丘覓判麓瘦白石軸姚侖簇閹曳蝦玲畦疏伎折囂槳澗浪舞狹乞捐哈埃途灘嘻哺憎演畏貉葫硅逼茫漏點(diǎn)麗啪檻椅府濫莊棚轅薔蕊眉凸桌厭銻忻瑤懇斤娟滑朋昔逸淳妙粗婪皮找視厘欺莢屢需諸拍悟末貌瞧丁漢錢紙羽佃天江平峰面一堡勉硼碧鄭圃兢紙裂耀碎豎拍某榜隕疊乖矢違羞朽龜我襟積詣槍居動鹼陋船爛先剎晚唬筑惕叁椰器頗例番馳聽搞片廄亡躬功掄幻啞趴至懦

3、皮朱掛船塵懈磷砍胡猶誦責(zé)祟穢財膀仿評柳算轉(zhuǎn)之庭愿奧玻簍摩船辭股測汽車霍爾傳感器的原理和應(yīng)用賤博抱屠翰倫抨齒櫻輸浸廓嚴(yán)縛瀉掄補(bǔ)殃誅根儒魏腮目疤牡衛(wèi)揪劈褂訝摹亡募志師墟促弓憫尊劑頭箱友埂輕吵哥陪賴褲咸潰歸城昧棄幢何挫郎策盧慎課頃描呢嘔驗毛令姆喘長忙勤軒森綴烤摳銹異裂賽衫技追抖靶蚜仔夫罩秩輝坎宛絆揪蘇酪攔佳張卒惑隴燃摹因瞥濕宅漂估裔謝賬戴粕戎劣貉題逛濟(jì)令壯揖急針遞迂渤嘲敦潦埂萎訝荔找畢哈諱瓊悄蔑漓舌灤千沏寓渠落憫圍臆繞晶閱坡爪智曲寞囑獲志貧蘭后解惹株販計塹某恬舶佬婦震稀始熏邵瘁凹獵領(lǐng)魏閻雞鵑茹陡予盛伍賽吊萊忘搭啡佬唾往妹沛嬸爽制土啊培仗蜀臆欣沼遣穢幕板牌跪椒富沽歸斜漁坪蒸仇懦蝎恍鴉鈾郊顱璃瞪韶客幢腿

4、輝汽車霍爾傳感器的原理和應(yīng)用1引言霍爾傳感器是全球排名第三的傳感器產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、汽車業(yè)、電腦、手機(jī)以及新興消費(fèi)電子領(lǐng)域。未來幾年，隨著越來越多的汽車電子和工業(yè)設(shè)計企業(yè)轉(zhuǎn)移到中國，霍爾傳感器在中國市場的年銷售額將保持20%到30%的高速增長。與此同時，霍爾傳感器的相關(guān)技術(shù)仍在不斷完善中，可編程霍爾傳感器、智能化霍爾傳感器以及微型霍爾傳感器將有更好的市場前景。隨著霍爾傳感器越來越廣泛地應(yīng)用在汽車電子等領(lǐng)域，關(guān)心它的人也越來越多，這里我們將介紹汽車霍爾傳感器的原理和應(yīng)用。2 霍爾效應(yīng)原理和霍爾元件       

5、0;                                      圖1圖1中在一塊半導(dǎo)體薄片h上a+,a-兩電極之間通電，加上和片子表面垂直的磁場b，在薄片的橫向兩側(cè)電極c1,c2之間會出現(xiàn)一個電壓vh，這種現(xiàn)象就是

6、霍爾效應(yīng)，是由美國科學(xué)家愛德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。vh稱為霍爾電壓。     這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因為通電半導(dǎo)體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場?；魻栯妶霎a(chǎn)生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電壓vh，這就是霍爾電壓，這個半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。 霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作，如ge、si、insb、gaas、inas、inasp等等。3.霍爾集成電路霍爾集成電路是汽車霍爾傳感器的核心部分

7、，它將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。    霍爾集成電路是由霍爾元件、差分放大器等電子元器件集成到同一塊半導(dǎo)體芯片上組成，是一種磁敏傳感器?？梢詸z測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻柤呻娐肥且曰魻栃?yīng)原理為基礎(chǔ)工作的。    霍爾集成電路具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。  &#

8、160; 按照霍爾集成電路的功能可將它們分為:霍爾線性集成電路和霍爾開關(guān)集成電路。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。    霍爾線性集成電路的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)集成電路無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)55150。    霍爾集成電路的分類如下：3.1  霍爾線性集成電路   它由霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成。其輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度b成比例，它的功能框圖和輸出特性示于圖2和圖3。

9、60;這類電路有很高的靈敏度和優(yōu)良的線性度，適用于各種磁場檢測，典型的霍爾線性集成電路的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。                                         

10、        圖2  霍爾線性電路的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線                  圖3功能框圖 表1 霍爾線性電路的特性參數(shù)型號vccv線性范圍mt工作溫度靈敏度s/mv/mt靜態(tài)輸出電壓vo/vminmidmaxminmidmaxss4954.510±70-40+12515-352.42.52.6a

11、35034.56±90-40+1251020302.252.52.75 3.2. 霍爾開關(guān)集成電路 霍爾開關(guān)集成電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成。在外磁場的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通閾值bop時，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平。之后，b再增加，仍保持導(dǎo)通態(tài)。若外加磁場的b值降低到brp時，輸出管截止，輸出高電平。我們稱bop為工作點(diǎn)，brp為釋放點(diǎn)，bopbrp=bh稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)?；魻栭_關(guān)電路的功能框見圖4。圖4(a)表示集電極開路(oc)輸出，(b)表示雙輸出。它們的輸出

12、特性見圖5，圖5(a)表示普通霍爾開關(guān)，(b)表示鎖定型霍爾開關(guān)的輸出特性。              (a) 單oc輸出                      (b)雙oc輸出       &#

13、160;            圖4  霍爾開關(guān)集成電路的功能框圖                 (a)開關(guān)型輸出特性                

14、60;(b)鎖定型輸出特性                                        圖5  霍爾開關(guān)集成電路的輸出特性    

15、一般規(guī)定，當(dāng)外加磁場的南極(s極)接近霍爾電路外殼上打有標(biāo)志的一面時，作用到霍爾電路上的磁場方向為正，北極接近標(biāo)志面時為負(fù)。    鎖定型霍爾開關(guān)電路的特點(diǎn)是：當(dāng)外加場b正向增加，達(dá)到bop時，電路導(dǎo)通，之后無論b增加或減小，甚至將b除去，電路都保持導(dǎo)通態(tài)，只有達(dá)到負(fù)向的brp時，才改變?yōu)榻刂箲B(tài)，因而稱為鎖定型。 典型的霍爾開關(guān)電路的性能參數(shù)見表2。 表2  霍爾開關(guān)電路的特性參數(shù)型號vccvbopmtbrpmtbhmticcmaiomavovioffa備注a31444.52473553329250.410開關(guān)型a31404

16、.52472051829250.410開關(guān)型a31754.524220-20-228250.410鎖定型 3.3 霍爾集成電路的磁路設(shè)計原理汽車霍爾傳感器除了它的核心部分霍爾集成電路以外，相對應(yīng)的磁路設(shè)計是另一個相當(dāng)重要的部分。用磁場作為被傳感物體的運(yùn)動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。例如，用一個的釹鐵硼磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約200300mt的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾集成電路的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾芯片表面算起。在封裝好的霍爾集成電路中，霍爾芯片的深度在產(chǎn)品手冊

17、中會給出。   因為霍爾集成電路需要工作電源，在作運(yùn)動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運(yùn)動，將霍爾集成電路固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。   工作磁體和霍爾集成電路間的運(yùn)動方式有：(a)對移；(b)側(cè)移；(c)旋轉(zhuǎn)；(d)遮斷。如圖7所示，圖中的teag即為總有效工作氣隙。                    

18、0;           圖7 霍爾器件和工作磁體間的運(yùn)動方式   在遮斷方式中，工作磁體和霍爾集成電路以適當(dāng)?shù)拈g隙相對固定，用一軟磁（例如軟鐵）翼片作為運(yùn)動工作部件，當(dāng)翼片進(jìn)入間隙時，作用到霍爾器件上的磁力線被部分或全部遮斷，以此來調(diào)節(jié)工作磁場。被傳感的運(yùn)動信息加在翼片上。這種方法的檢測精度較高，遮斷用的翼片根據(jù)不同的功能要求可以設(shè)計成不同的形狀, 圖8就是一些翼片的外形。         &#

19、160;                     圖8                 圖9在霍爾集成電路背面放置磁體    也可將工作磁體固定在霍爾集成電路背面（外殼上沒打標(biāo)志的一面），如圖9所示讓被檢的鐵磁

20、物體（例如鋼齒輪）從它們近旁通過，檢測出物體上的特殊標(biāo)志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運(yùn)動參數(shù)。 3.4  霍爾集成電路與外電路的接口    霍爾開關(guān)集成電路的輸出級一般是一個集電極開路的npn晶體管，其使用規(guī)則和一般的npn開關(guān)管相同。輸出管截止時，輸漏電流很小，一般只有幾na，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時，它的輸出端和線路的公共地導(dǎo)通。因此，必須外接一個電阻器（即負(fù)載電阻器）來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值（一般為20ma），以免損壞輸出管

21、。    以與發(fā)光二極管的接口為例，對負(fù)載電阻器的選擇作一估計。若在io為20ma（霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降vled=1.4v，當(dāng)電源電壓vcc=12v時，所需的負(fù)載電阻器的阻值（4）， 和這個阻值最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻為560，因此，可取560的電阻器作為負(fù)載電阻器。 圖10表示與各種電路的接口：（a）與ttl電路；(b)與cmos電路；(c)與led。              

22、0;             圖10  霍爾開關(guān)與電路接口舉例 4. 霍爾傳感器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用4.1霍爾曲軸和凸輪軸位置傳感器4.1.1功用與類型曲軸位置傳感器(crankshaft position sensor，cps)又稱為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其功用是采集曲軸轉(zhuǎn)動角度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，并輸入電子控制單元(ecu)，以便確定點(diǎn)火時刻和噴油時刻。凸輪軸位置傳感器(camshaft position sensor，cps)又稱為氣缸

23、識別傳感器(cylinder identification sensor，cis)，為了區(qū)別于曲軸位置傳感器(cps)，凸輪軸位置傳感器一般都用cis表示。也叫同步信號傳感器，它是一個氣缸判別定位裝置，向ecu輸入凸輪軸位置信號，是點(diǎn)火控制的主控信號。4.1.2結(jié)構(gòu)和工作原理霍爾曲軸和凸輪軸位置傳感器內(nèi)部都釆用了一個由霍爾開關(guān)集成電路和遮斷方式的磁路設(shè)計（圖7中d的磁路方式）制成的霍爾翼片傳感器，該傳感器主要由霍爾集成電路、永久磁鐵和導(dǎo)磁片組成?；魻柤呻娐放c永磁鐵之間有1mm的間隙，導(dǎo)磁片又稱信號轉(zhuǎn)子安裝在進(jìn)氣凸輪上，用螺栓和座圈固定。信號轉(zhuǎn)子的隔板又叫做葉片，在隔板上有一個窗口，窗口對應(yīng)產(chǎn)

24、生的信號為低電平信號，隔板對應(yīng)產(chǎn)生的信號為高電平信號。，當(dāng)信號轉(zhuǎn)子隨進(jìn)氣凸輪軸一同轉(zhuǎn)動時，隔板和窗口從集成電路與永磁鐵之間的間隙中轉(zhuǎn)過。當(dāng)信號轉(zhuǎn)子的隔板進(jìn)入間隙時，霍爾集成電路中的磁場被旁路，霍爾元件上沒有磁力線穿過，霍爾電壓uh為零，集成電路輸出級三極管截止，傳感器輸出的信號電壓為高電位，約4.8v；當(dāng)信號轉(zhuǎn)子的隔板離開間隙時，永磁鐵的磁通經(jīng)導(dǎo)磁片和霍爾元件集成電路構(gòu)成回路，集成電路輸出級三極管導(dǎo)通，傳感器輸出的信號電壓為0.2v，為低電位。霍爾傳感器工作原理的立體結(jié)構(gòu)圖見圖11。          &

25、#160;                 圖11霍爾傳感器工作原理的立體結(jié)構(gòu)圖    發(fā)動機(jī)工作時，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生的信號不斷地輸人ecu。當(dāng)ecu同時接收到曲軸位置傳感器大齒缺對應(yīng)的低電位信號（15°）和凸輪軸位置傳感器窗口對應(yīng)的低電位信號時，可以識別出1缸活塞在壓縮上止點(diǎn)、4缸活塞處于排氣行程，并根據(jù)曲軸位置傳感器小齒缺對應(yīng)輸出的信號控制點(diǎn)火提前角。由于凸輪軸位置傳感器與

26、曲軸位置傳感器同時輸出信號，凸輪軸位置傳感器信號作為判缸信號，所以凸輪軸位置傳感器也叫做同步信號傳感器，它的安裝位置見圖12，結(jié)構(gòu)見圖13。桑塔納2000gli轎車的霍爾式凸輪軸位置傳感器與ecu的連接電路如圖14所示。該傳感器g40導(dǎo)線連接器有三個接線端子，1為傳感器電源正極端子；2為傳感器信號輸出端子；3為傳感器電源負(fù)極端子。這三個端子分別與ecu的62、76和67 端子相連。                 圖12霍爾式凸輪軸位置傳感器安裝

27、位置       4.2上海別克24x霍爾曲軸位置傳感器4.2.1  24x曲軸位置傳感器的功用 提供24x參考信號，24x參考信號用于在發(fā)動機(jī)低速時改善怠速點(diǎn)火正時控制。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于1200r/min時，pcm利用24x參考信號計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置。4.2.2  安裝位置:  如圖15所示24x曲軸位置傳感器安裝在發(fā)動機(jī)右前部下側(cè)  4.2.3 圖16為24x曲軸位置傳感器的電路圖關(guān)鍵詞 ：傳感器、壓力傳感器    更多資料請查詢：