Řada digitálních senzorů magnetického pole HAL-5xx se skládá z různých Hallových senzorů vyrobených technologií CMOS. Všechny senzory mají Hallův prvek s teplotní kompenzací a aktivní kompenzací ofsetu, komparátor a výstupní tranzistor s otevřeným kolektorem. Komparátor porovnává skutečný magnetický tok na Hallově prvku (Hallovo napětí) s pevnou referenční hodnotou (body uvolnění). Výstupní tranzistor je tak aktivován nebo zůstává v nezměněném stavu.
Senzory této řady se liší principem činnosti (bipolární, nepolární atd.) a provozními úrovněmi. Kompenzace posuvu zajišťuje konstantní magnetické charakteristiky v celém rozsahu provozního napětí (3,8…24 V) a provozní teploty (-40…150 °C). Hystereze eliminuje parazitní oscilace zavedením mrtvé zóny, která brání senzoru v provozu po překročení prahové hodnoty. Parametry magnetického pole navíc nezávisí na mechanickém namáhání a nárazu. Senzory HAL-5xx proto lze použít jak v průmyslu, tak v automobilovém průmyslu. Vyrábějí se v pouzdrech pro povrchovou montáž SOT-89B-1 a v pájecích pouzdrech na deskách TO-92UA-1 a TO-92UA-2.
Architektura senzorů
Hallovy senzory HAL-5xy jsou monolitické integrované obvody, které reagují na magnetické pole. Pokud je magnetické pole se siločarami kolmé k citlivé ploše senzoru, Hallův prvek generuje Hallovo napětí úměrné aplikovanému poli. Hallovo napětí je porovnáváno s prahovou hodnotou odezvy pomocí vestavěného komparátoru. Hallovy prvky jsou citlivé na změny teploty, takže předpínací pole, které je citlivé na teplotu, zvyšuje napájecí napětí Hallova prvku a upravuje prahové hodnoty odezvy podle klesající indukce magnetů při vysokých teplotách. Pokud magnetické pole překročí prahovou hodnotu odezvy senzoru, výstupní tranzistor se otevře. Vestavěný hysterezní obvod zajišťuje provoz tranzistoru bez odskoků.
Čipy využívají technologii Hallových senzorů k detekci hustoty magnetického pole na povrchu křemíkového waferu. Hallovy senzory jsou uspořádány v kruhovém poli kolem středu čipu a generují napětí úměrné velikosti magnetického pole. Sinusové a kosinové výstupní napětí pole senzorů se mění v závislosti na poloze magnetu. Sinusové a kosinové signály se obvykle převádějí na absolutní úhlovou polohu pomocí flash interpolátoru s 8, 9 nebo 13 bity.
Absolutní úhlová poloha interpolátoru může být do systému sdělena přes paralelní binární rozhraní nebo sériové rozhraní SSI. Relativní změny úhlové polohy jsou přenášeny pomocí inkrementálních signálů enkodéru A QUAD B. Rozlišení inkrementálního výstupu lze zvolit na 128 nebo 256 hodnot na otáčku s externím kontaktem.
- Kompenzace posunu spouštění 62 kHz
- Rozsah provozního napětí od 3.8 do 24 V
- Ochrana proti přepětí na všech svorkách
- Ochrana proti přepólování napájení
- Funkce magnetu je nezávislá na mechanickém namáhání a vibracích
- Výstup tranzistoru s otevřeným kolektorem je chráněn před zkratem tepelným vypnutím.
- Senzory pracují se statickými a dynamickými magnetickými poli až do 10 kHz
- Přesnost odezvy nezávisí na napájecím napětí v celém jeho rozsahu
- Pokles hustoty magnetického toku způsobený zvýšením teploty senzoru je kompenzován vestavěným kompenzačním obvodem se záporným TC.
- Senzory lze použít v průmyslových a automobilových zařízeních.
- Teplota přechodu -40…170 °C
- určení konečné polohy objektu
- měření otáček motorů (například v pohonu okenního zvedáku)
- bezkartáčové stejnosměrné motory
- výměny mikrospínačů
Nomenklatura senzorů
| Řada senzorů | HAL501 | HAL502 | HAL503 | HAL505 | HAL504 | HAL506 | HAL508 | HAL509 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Přepínání | bipolární | západka | unipolární | |||||
| Citlivost | velmi vysoko | vysoký kaya |
průměrný- nya |
nízký | průměrný- nya |
vysoký kaya |
průměrný- nya |
nízký |
| Další informace | ||||||||
Režimy odezvy senzorů
1. Západka (omnipolární senzor)
Výstupní signál se sníží, když jižní pól magnetu přejde přes označenou stranu pouzdra senzoru. Výstupní signál se zvýší, když se magnet otočí severním pólem směrem k senzoru. Stav výstupu se v nepřítomnosti magnetického pole nemění. Senzor je tedy spouštěn změnou polarity magnetického pole, které na něj působí.
2. Bipolární senzor
Výstupní signál se sníží, když jižní pól magnetu přejde přes označenou stranu pouzdra senzoru. Výstupní signál se zvýší, když se magnet otočí severním pólem směrem k senzoru. Bez magnetu je výstup senzoru v nedefinovaném stavu: některé senzory mění svou výstupní polohu, jiné ne.
3. Unipolární senzor
Výstup senzoru se sníží, když je detekován jižní pól magnetu, a zvýší se, když je magnet odstraněn (žádné magnetické pole). Senzor nereaguje na severní magnetický pól.
| Série | Tempo přechodu | Zapnutí (jižní pól), mT | Bod uvolnění, mT | Hystereze, mT | Magnetický posun |
|---|---|---|---|---|---|
| HAL501 | -40 ° C | 0,6 | -0,8 | -0,8 | 5 |
| 25 ° C | 0,5 | -0,7 | 1.2 | -0,1 | |
| 100 ° C | 0,5 | -0,6 | 1.1 | ||
| 140 ° C | 0,6 | -0,5 | 1.1 | ||
| 170 ° C | 0,7 | -0,2 | 0.9 | 0.2 | |
| HAL506 | -40 ° C | 5.9 | 3.8 | 2.1 | 4.8 |
| 25 ° C | 5.5 | 3.5 | 2 | 4.5 | |
| 100 ° C | 5.1 | 3.3 | 1.8 | 4.2 | |
| 140 ° C | 4.8 | 3.1 | 1.7 | 4 | |
| 170 ° C | 4.6 | 3 | 1.6 | 3.8 |
Systém zápisu
| HAL506 | UA – | A – | 2 – | B – | 1 – | 00 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
1. Řada
2. Typ pouzdra: UA – TO-92UA, SF/TQ – SOT-89B, UT – TO-92UT
3. Teplotní rozsah: E — -40…100°С, K — -40…140°С, A — -40…170°С
4. Konfigurace pinů: 1 – rozteč 2.54 mm, 2 – rozteč 1.27 mm
5. Balení: B – hromadně, R – na pásce
6. Počet kusů v balení
7. Dostupnost
Čtěte více
- Hallovy senzory s prahovým výstupem Honeywell
- Hallovy senzory s analogovým výstupem
- Programovatelné Hallovy senzory
- Hallovy senzory s vestav magnet (přerušovače)
- Hallovy snímače pro lineární a úhlové posuvy
Snímače jsou vyráběny v integrovaném provedení – Hallův prvek i zesilovací obvod jsou umístěny v jednom pouzdře. Vyrábějí se modifikace pro montáž do otvorů a pro povrchovou montáž. Podle jejich funkčního účelu je lze rozdělit do tří skupin:
- digitální senzory;
- lineární výstupní senzory;
- poměrové senzory.
Obr. 1. Zjednodušené funkční schéma senzoru s lineárním výstupem
Obr. 2. Zjednodušené funkční schéma poměrového senzoru
Na výstupu poměrových senzorů, stejně jako na výstupu lineárních senzorů, se vytváří analogový signál. Jejich rozdíl je snadno patrný ze zjednodušených funkčních diagramů. Obrázek 1 znázorňuje schéma senzoru s lineárním výstupem a obrázek 2 znázorňuje schéma poměrového senzoru. Všechny senzory mají unipolární napájení, ale v závislosti na směru magnetického pole se může měnit polarita na výstupu Hallova prvku, a proto se střed výstupní stupnice senzoru posouvá o polovinu napájecího napětí. Příklad závislosti výstupního signálu senzoru na velikosti vnějšího magnetického pole při různých napájecích napětích je znázorněn na obrázku 3. Lineární senzory obou typů vyžadují externí stabilizované napájecí napětí.
Obr. 3. Závislosti výstupního signálu senzoru na velikosti vnějšího magnetického pole při různých napájecích napětích
Na rozdíl od lineárních senzorů nezávisí výstupní signál digitálních Hallových senzorů na napájecím napětí, ale je určen pouze vnějším magnetickým polem. Napájecí napětí senzoru se proto může měnit v širokém rozsahu a senzor má vestavěný regulátor napětí. Zjednodušené funkční schéma digitálního senzoru je znázorněno na obrázku 4. Digitální Hallovy senzory se někdy nazývají spínače – na jejich výstupu se signál mění z minimální na maximální hodnotu. Hodnota spínací hystereze je určena vestavěným Schmittovym spouštěčem, který je součástí obvodu senzoru.
Obr. 4. Zjednodušené funkční schéma digitálního Hallova senzoru
Pojďme se podrobněji zabývat digitálními Hallovými senzory, které se staly nejrozšířenějšími. Společnost vyrábí unipolární a bipolární senzory. První z nich jsou navrženy pro provoz v magnetickém poli, kde indukční vektor nemění směr – jižní a severní pól si nevyměňují místa. Druhé, bipolární senzory, mohou fungovat i při změně směru siločar magnetického pole. Přenosová funkce bipolárních senzorů je znázorněna na obrázku 5.
Obr. 5. Přenosová funkce bipolárních Hallových senzorů
Protože prahové hodnoty odezvy a uvolnění se mohou měnit v závislosti na teplotě a liší se i v rámci senzorů stejné řady, bipolární senzor v některých případech funguje jako unipolární senzor; na obrázku 5 se jedná o senzory č. 1 a 3. V některých aplikacích je tento stav zcela přijatelný, ale pokud je požadováno, aby výstup senzoru přepínal při různých polaritách magnetického pole, volí se „skutečný“ bipolární (skutečně blokovací) senzor. V tomto případě se prahové hodnoty odezvy senzoru mohou lišit ve velikosti, ale k přepínání dochází vždy pouze při různých polaritách vnějšího magnetického pole.
Všimněte si, že i při významné změně prahových hodnot odezvy se hystereze výstupní charakteristiky mění jen málo. Například práh odezvy „pravého“ bipolárního Hallova senzoru SS461 se pohybuje v rozsahu 5–110 G a práh uvolnění – v rozsahu –5…–110 G, ale hystereze je vždy 50 G. Připomeňme si poměr jednotek měření magnetické indukce: 1 T = 104 G.
Hallovy senzory se používají relativně snadno. Pro konstruktéry celého výrobku mohou nastat určité problémy při výběru umístění senzorů. Aby se tomu předešlo, nabízí se návod [1], který poskytuje podrobná doporučení pro výběr umístění senzoru a popisuje možnosti jeho instalace. Volba konkrétního typu Hallova senzoru závisí na umístění a účelu systému, ve kterém je senzor použit.
Obr. 6. Prahové hodnoty odezvy unipolárního senzoru SS443
Při výběru digitálního Hallova senzoru je nutné alespoň odhadnout hodnotu magnetického pole, prahové hodnoty odezvy senzoru a, co je velmi důležité, rozptyl prahových hodnot odezvy. Jako příklad si uveďme senzory SS443 a SS460S. Prahové hodnoty odezvy unipolárního senzoru SS443 mají poměrně značný rozptyl a závisí také na teplotě (viz obr. 6); mění se i hystereze. Na rozdíl od senzoru SS443 jsou prahové hodnoty odezvy bipolárního senzoru SS460S stabilní v celém rozsahu provozních teplot (viz obr. 7) -40…150 °C a velmi málo závisí na napájecím napětí, které se pohybuje v širokém rozsahu 3–24 V.
Obr. 7. Prahové hodnoty odezvy bipolárního senzoru SS460S
Výstupní stupně digitálních senzorů jsou konstruovány podle schématu se společným kolektorem. Maximální výstupní proud je poměrně vysoký a rovná se 20 mA, což zjednodušuje konstrukci externích zesilovacích stupňů nebo dokonce umožňuje obejít se bez nich a připojit zátěž přímo k výstupu senzoru. Velikost vnějšího magnetického pole není omezena. To je velmi užitečná funkce, která zjednodušuje požadavky na instalaci senzorů.
Dalším důležitým rysem výrobní řady Honeywell je přítomnost modifikací ve stejné rodině senzorů se stejnými pouzdry, ale s různými prahovými hodnotami odezvy. Například v rodině SS400 existují kromě výše zmíněného unipolárního senzoru SS443 také bipolární senzory a „skutečné“ bipolární senzory. Kromě toho si mezi senzory různých typů můžete vybrat senzory s různými prahovými hodnotami odezvy.
Například pokud se změnil design produktu, v důsledku čehož se změnilo umístění senzorů a v důsledku toho i vnější magnetické pole a prahové hodnoty odezvy, pak lze úpravu systému omezit pouze na výběr jiné modifikace senzoru v rámci stejné rodiny. V tomto případě nebude nutné upravovat ani elektrický obvod, ani design.
Řekněme, že jste použili unipolární senzor SS443, ale v důsledku změny místa jeho instalace bylo nutné vybrat senzory s různými prahovými hodnotami odezvy. V tomto případě je senzor SS443 nahrazen modifikacemi SS441 nebo SS449. Jejich prahové hodnoty odezvy a uvolnění se několikrát liší. V tomto případě se celá úprava systému omezí na změnu pouze jedné položky specifikace – výměnu typu senzoru. Samozřejmě můžete vybrat náhradu mezi senzory z jiných rodin, ale při výběru byste měli věnovat pozornost povolenému rozsahu napájecího napětí – může se lišit u senzorů z různých rodin.
Kompletní sortiment produktů Honeywell včetně Hallových senzorů.
Nové přírůstky senzorů magnetického pole (Hallových senzorů) od společnosti Honeywell jsou uvedeny v tabulce:
