홀 효과 센서
홀 효과 센서는 영구 자석이나 전자석의 자기장 강도와 방향을 감지합니다. 홀 효과 센서 출력은 자기장의 함수이며 양의 자기장과 음의 자기장을 감지할 수 있습니다.
홀 효과 센서의 작동 원리
외부 자기장은 홀 효과 센서를 활성화합니다. 자기장은 자속 밀도(B)와 북극 또는 남극과 같은 자극으로 표시됩니다. 홀 효과 센서 주변의 자성이 출력 신호를 결정합니다. 주변 자속 밀도가 미리 결정된 임계값을 초과하면 센서는 홀 전압 VH를 생성합니다.
반도체 센서는 갈륨비소(GaAs), 인듐비소(InAs), 안티몬화인듐(InSb) 등 직류 전류를 전도하는 p형 반도체이다. 반도체 재료는 자기장이 있을 때 힘을 받아 전자와 정공이 모두 반도체 층의 측면으로 이동하게 됩니다. 전자와 정공이 양쪽으로 이동함에 따라 반도체의 서로 다른 면 사이에 전위차가 발생합니다. 평평한 직사각형 재료에서는 반도체 재료에 수직인 외부 자기장이 전자 이동도에 더 큰 영향을 미칩니다.
홀 효과는 자극 유형과 전계 강도를 보여줍니다. 예를 들어, 자석의 극 중 하나에는 전압이 있지만 다른 극에는 전압이 없습니다. 홀 효과 센서는 일반적으로 '꺼져' 있으며 자기장이 없을 때 개방 회로처럼 작동합니다. 이들은 강한 극성 자기장(폐쇄 회로)에서만 닫힙니다.
홀 효과 자기 센서 특성
홀 전압(V 시간 ) 홀 효과 센서의 자기장 강도(H)의 함수입니다. 대부분의 상업용 홀 효과 장치에는 센서 감도와 출력 전압을 향상시키기 위해 DC 증폭기, 스위칭 논리 회로 및 전압 조정기가 포함되어 있습니다. 이를 통해 홀 효과 센서는 더 많은 전력과 자기장을 처리할 수 있습니다.
홀 효과 자기 센서 회로 다이어그램
반능동형 센서에는 선형 또는 디지털 출력이 있습니다. 선형 센서의 출력 전압은 홀 센서를 통해 흐르는 자기장과 직접적으로 관련되며 연산 증폭기에 의해 출력됩니다.
홀 효과 전압 방정식
출력 전압 방정식은 다음과 같습니다.
여기, 브이 시간 홀 전압 R을 나타냅니다. 시간 는 홀 효과 계수, I는 전류, t는 두께, B는 자속 밀도를 나타냅니다. 선형 또는 아날로그 센서는 자기장이 강하면 증가하고 자기장이 약하면 감소하는 일정한 전압을 생성합니다. 홀 효과 센서에서는 자기장의 강도가 증가함에 따라 전원 공급 장치가 포화될 때까지 증폭기의 출력 신호가 증가합니다. 자기장을 증가시키면 출력이 포화되지만 아무런 효과가 없습니다.
홀 센서의 출력이 이를 통해 흐르는 자속의 사전 결정된 수준을 초과하면 접점은 바운싱되지 않고 '닫힘' 상태에서 '열림' 상태로 빠르게 전환됩니다. 이 내장된 히스테리시스는 센서가 자기장으로 이동할 때 출력 신호가 진동하는 것을 방지합니다. 이는 디지털 출력 센서가 '켜짐' 및 '꺼짐' 상태만 가짐을 의미합니다.
홀 효과 센서 유형
홀 효과 센서에는 양극성 홀 효과 센서와 단극성 홀 효과 센서의 두 가지 유형이 있습니다. 유니폴라 센서는 동일한 남극을 갖는 자기장에 들어가고 나갈 때 작동하고 방전할 수 있는 반면, 바이폴라 센서는 작동하고 방전하기 위해 양극 및 음극 자기장이 모두 필요합니다. 10~20mA 출력 구동 기능으로 인해 대부분의 홀 효과 장치는 고전류 부하를 직접 전환할 수 없습니다. 큰 전류 부하를 위해 NPN 트랜지스터가 오픈 컬렉터 배열로 출력에 추가됩니다.
홀 효과 센서의 응용
홀 효과 센서는 자기장이 있는 경우 ON으로 전환되며 움직이는 샤프트 또는 장치에 있는 단일 영구 유형의 자석으로 제어됩니다. 감도를 최대화하려면 자속선이 센서 필드에 수직이어야 하며 모든 구성에서 올바른 분극이 있어야 합니다.
1: 정면 탐지
아래와 같이 자기장이 홀 효과 감지기에 수직이어야 합니다.
이 기술은 출력 신호 V를 생성합니다. 시간 , 이는 홀 효과 센서로부터의 거리의 함수로 선형 장치의 자속 밀도를 측정합니다. 출력 전압은 자기장의 강도와 근접성에 따라 증가합니다.
2: 옆쪽 감지
자석이 홀 효과 요소를 가로질러 옆으로 이동하는 동안 간접 자속이 필요합니다.
측면 또는 이동형 센서는 에어 갭에서 일정 거리 떨어진 홀 요소 표면에서 미끄러지는 자기장을 감지하여 회전하는 자석 또는 모터의 속도를 측정할 수 있습니다.
센서의 제로 필드 중심선을 통과하는 자기장의 위치에 따라 양 또는 음의 선형 출력 전압이 생성될 수 있습니다. 수직 및 수평 이동을 결정합니다.
3: 위치 제어
자기장이 없을 때 위치 감지기는 '꺼짐' 상태로 유지됩니다. 자석의 남극이 홀 효과 센서 근처에 수직 방향으로 이동하자마자 장치가 '켜지고' LED가 켜집니다. 전원을 켜면 홀 효과 센서가 'ON' 상태입니다.
LED를 끄려면 자기장이 감지 가능한 최소 트리거링 지점 아래로 떨어지거나 음의 가우스 값으로 반대쪽 북극에 직면할 수도 있습니다.
결론
홀 효과 센서는 방향과 자기장의 세기를 감지하는 데 사용됩니다. 이 제품은 자동차, 근접 감지, 정면, 측면 및 다양한 자기장에 대한 위치 감지를 비롯한 다양한 응용 분야에 사용됩니다.