1 應(yīng)用簡報

引言

許多用戶系統(tǒng)需要對開關(guān)模式類型的操作進(jìn)行位置檢測。當(dāng)使用典型的霍爾效應(yīng)開關(guān)器件時，這種開關(guān)功能的開關(guān)類型相對簡單，可在筆記本電腦蓋、安全帶、光開關(guān)和電動工具中找到。當(dāng)輸入磁場超過工作閾值 B_OP 時，傳感器輸出切換狀態(tài)，當(dāng)同一磁場分量的幅度小于釋放閾值 B_RP 時，輸出返回空閑狀態(tài)。通常，該器件內(nèi)置一些遲滯，有助于在磁場幅度非常接近工作閾值的情況下避免快速輸出切換。

圖 1 兩位置開關(guān)

此功能可在許多領(lǐng)域中使用。在許多情況下，兩種輸出狀態(tài)就足夠了，這種操作非常適合防止機(jī)械磨損以及灰塵和油脂的干擾。有關(guān)此類解決方案的更多詳細(xì)信息，請參閱使用霍爾效應(yīng)傳感器的兩態(tài)選擇器應(yīng)用簡報。

多狀態(tài)位置傳感器

雖然許多系統(tǒng)只有兩個預(yù)期的檢測位置，但這一概念也可以納入其他狀態(tài)。簡要考慮一下具有三位電源開關(guān)的工具。它可能標(biāo)有“Low”、“High”和“Off”等設(shè)置。在這里，單個傳感器不適合檢測所有三種狀態(tài)。乍一看，這可以通過為系統(tǒng)中的每個額外開關(guān)位置添加傳感器來解決。

使用單極開關(guān)時，此模式的設(shè)計非常簡單。磁體可以放置在足夠接近的空氣間隙處，以確保在磁體的南極朝向傳感器的情況下超過最壞情況下的工作點 B_OP Max。當(dāng)磁體位于傳感器上方時，這會導(dǎo)致磁場矢量向上。如果磁體的行程寬度大于其自身寬度，磁場方向?qū)⑾蛳拢瑐鞲衅鳠o法激活。只要傳感器間距超過磁體的全寬，就可以放置一組傳感器來創(chuàng)建任意數(shù)量的位置。

為了幫助選擇磁體，磁感應(yīng)測距工具可幫助計算條形和圓柱形磁體中各種磁性材料的預(yù)期磁場。使用迎面或滑動配置，可以針對此應(yīng)用快速優(yōu)化空氣間隙和行程距離。

圖 2 使用兩個傳感器進(jìn)行多位置檢測

當(dāng)磁體移動時，通過檢查輸出可以立即清楚地看到哪個位置處于活動狀態(tài)。

雖然這對于少量位置似乎不是很方便，但隨著位置數(shù)量的增加，對構(gòu)成部分的要求變得更加難以管理。有幾種方法可以通過減少元件數(shù)量來解決此問題。

雙極開關(guān)

具有雙單極開關(guān)的開關(guān)器件，例如 DRV5032DU（參見 DRV5032 超低功耗數(shù)字開關(guān)霍爾效應(yīng)傳感器 數(shù)據(jù)表），有兩個獨立運行的輸出。每個輸出都對磁場的相反極性敏感，即一個傳感器在器件出現(xiàn)北極時響應(yīng)，而另一個輸出在器件出現(xiàn)南極時響應(yīng)。

使用類似這樣的器件，可以使用磁體定向檢測三個位置，如圖 1-3 所示：

圖 3 使用單個器件的三位置開關(guān)

檢查圖 1-4 中的磁場線，很明顯，對于中間位置，磁場與 PCB 表面平行。由于此傳感器的靈敏度方向上沒有元件，因此兩個輸出均未激活。然而，在磁體的任一肢體附近，磁場矢量變?yōu)榇怪?。?dāng)磁體位于左側(cè)位置時，N 極敏感輸出處于活動狀態(tài)；而當(dāng)置于右側(cè)時，S 極敏感輸出激活。

圖 4 三位置開關(guān)的磁場

一般而言，這使用磁體很容易設(shè)計，磁體的長度是開關(guān)位置間行程長度的兩倍。在中心位置，磁場沒有垂直分量，兩個傳感器都未激活。磁體運動長度的一半移動會將任一磁極放置在傳感器正上方，其中有一個較大的垂直分量。同樣，在選擇磁體和確定機(jī)械功能時，磁感應(yīng)測距工具也很有用。

如果需要三個以上的位置，可以通過放置一組彼此分開的傳感器來擴(kuò)展此格式，從而創(chuàng)建更獨特的位置。使用這種方法時要小心，以確保獨特的輸出條件。由于使用多個器件，兩個輸出均處于非運行狀態(tài)的中心位置不能用于多個傳感器，否則會產(chǎn)生沖突。圖 1-5 顯示了兩個傳感器的輸入以及每個輸出受 B_OP Max 和 B_RP Min 限制的活動區(qū)域的示例。無法確定無陰影區(qū)域中的磁體位置。

圖 5 兩個傳感器輸入

旋轉(zhuǎn)位置

多位置感應(yīng)的另一種格式是旋轉(zhuǎn)撥號盤，這可能是白色家電、音頻設(shè)備或電動工具的常見用戶控制。這可以通過將磁體的行程從線性路徑更改為電弧來實現(xiàn)。

圖 6 曲線多傳感器掃描

此解決方案的工作方式與之前介紹的擴(kuò)展陣列類似。線性霍爾效應(yīng)傳感器陣列設(shè)計 應(yīng)用報告中提供了使用線性霍爾效應(yīng)傳感器實現(xiàn)此目的的示例。

另一種獨特的旋轉(zhuǎn)配置可使用 TMAG5110A2 與標(biāo)準(zhǔn)徑向圓柱體磁體一起創(chuàng)建。如果放置在具有此磁體類型的軸上，則在一個完整旋轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)四種不同的輸出條件。當(dāng)超過每個輸入閾值或釋放點時，會觀察到四個獨特的輸出條件。

圖 7 TMAG5110 同軸

圖 8 同軸磁場輸入

有關(guān)使用 TMAG5110 進(jìn)行多位置檢測的更多信息，請參閱增量旋轉(zhuǎn)編碼器 應(yīng)用簡報。

線性傳感器

可以使用線性霍爾效應(yīng)傳感器來實現(xiàn)最終方法。但是，要區(qū)分每個狀態(tài)，需要一種轉(zhuǎn)換模擬輸出電壓的方法。這可以通過數(shù)字邏輯或使用比較器定義輸出區(qū)域來完成。

線性傳感器能夠提供比三個固定位置更高的分辨率，通常更適合需要梯度輸出的滑動解決方案。有關(guān)此解決方案類型的更多詳細(xì)信息，請參閱使用線性霍爾效應(yīng)傳感器跟蹤滑動位移 應(yīng)用簡報。線性霍爾效應(yīng)傳感器選項可在 TI.com 上找到。