- Особливості малопотребляющіх дискретних датчиків Холла
- Малопотребляющіе датчики Холла виробництва Texas Instruments
- Малопотребляющіе датчики Холла від Honeywell
- Дослідження характеристик датчиків Холла
- Висновок
Наша сеть партнеров Banwar
Компанії Texas Instruments і Honeywell пропонують датчики Холла з ультрамалих енергоспоживанням для компактних застосувань з автономним живленням. Є моделі для визначення фіксованого положення об'єкта і для вимірювання його руху. У чому ж відмінності датчиків TI і Honeywell, і яка модель краще підійде в тому чи іншому випадку?
Для передачі в електричну схему інформації про становище різних рухливих елементів, таких як вали, заслінки, кришки, ротори електродвигунів, свого часу були розроблені спеціалізовані прилади, відомі як датчики положення. Існують датчики, засновані на електромеханічному, місткості, индуктивном, ультразвуковому, магнітному або оптичному принципі роботи, а також безліч комбінованих пристроїв. Кожен тип датчиків володіє конкретними перевагами і недоліками і має свою область застосувань. В останні десятиліття список типів датчиків положення поповнився ще одним типом - датчиками на основі ефекту Холла.
Відмінними характеристиками сучасної електроніки є компактність і економічність. І якщо з компактністю у датчиків Холла особливих проблем ніколи не було, то з економічністю до недавнього часу було непросто: у зв'язку з появою економічних електронних приладів, що дозволяють пристрою кілька років працювати від одноелементної літієвої батарейки, навіть невеликий струм споживання звичайного датчика Холла вже вносить відчутний внесок в загальне енергоспоживання системи.
Тому останнім часом провідні виробники електронних компонентів, в тому числі Texas Instruments і Honeywell, представили новий тип датчиків положення на основі ефекту Холла, що відрізняється підвищеною економічністю. Ключовою особливістю цих мікросхем є ультрамалих ток власного споживання, який в сукупності з компактними розмірами і високою чутливістю робить їх ідеальними для компактних додатків на батарейках, наприклад, для бездротових датчиків охоронних систем, пристроїв інтернету речей та інших систем.
Особливості малопотребляющіх дискретних датчиків Холла
Розрізняють лінійні і дискретні датчики Холла (рисунок 1). Вихідні сигнали лінійних датчиків пропорційні величині магнітної індукції. Основна сфера застосування подібних пристроїв - вимірники напруженості магнітного поля, датчики постійних і змінних струмів (малюнок 2), безконтактні потенціометри, датчики кута повороту та інші програми, що працюють з безперервними сигналами. Крім підсилювача і схем температурної компенсації мікросхеми, в залежності від спеціалізації, можуть містити безліч інших вузлів, наприклад, АЦП, компаратори тривожних сигналів для активізації центрального мікроконтролера, контролери популярних інтерфейсів передачі даних, (USART, I2C, SPI і інших), а також незалежну пам'ять для зберігання налаштувань.
Мал. 1. Структурні схеми датчиків Холла
Мал. 2. Датчик Холла для вимірювання струму
Коли абсолютне значення індукції магнітного поля не має значення, а важливо визначити лише факт наявності або відсутності магнітного поля - використовують датчики Холла з дискретним виходом. У ці мікросхеми зазвичай інтегруються один або кілька компараторов з гістерезисом, які порівнюють напруга на виході диференціального підсилювача з граничними рівнями. Областю застосування дискретних датчиків Холла є широкий спектр автоматизованих додатків: датчики відкриття дверей, частотоміри, синхронізатори, автомобільні системи запалювання, контролери рухомих елементів (клапанів, засувок, кришок та іншого), охоронні системи, пристрої керування електродвигунами і багато інших.
Класичним прикладом використання дискретних датчиків Холла є електродвигуни, які використовуються в комп'ютерному обладнанні (рисунок 3). Розміщений на платі двигуна датчик Холла вимірює напруженість магнітного поля, створюваного постійним магнітом ротора, формуючи імпульсний сигнал з логічними рівнями, частота якого пропорційна частоті обертання, що дозволяє оцінити як справність, так і продуктивність вентилятора.
Мал. 3. Датчик Холла в комп'ютерному вентиляторі
Відносно новою сферою застосування дискретних датчиків Холла є пристрої дистанційного моніторингу, в яких вони поступово витісняють традиційно використовуються в даних додатках герметичні електромеханічні контакти (геркони). Наприклад, використання датчика Холла спільно з трехосевим акселерометром в бездротовому дверному датчику DMS-100, що випускається компанією Pandora (малюнок 4), дозволяє розпізнати удар, поворот і стан (відкрито / закрито) дверей, люків, кришок кофров, багажників, причепів. Оскільки датчик DMS-100 використовує бездротовий інтерфейс передачі даних і харчується від акумулятора, його можна легко і швидко розмістити в важкодоступних місцях.
Мал. 4. Бездротовий датчик двері Pandora DMS-100
Основними перевагами датчиків Холла в порівнянні з герконами є висока надійність, компактність і підвищена чутливість. Крім цього, вимірювальний елемент може визначати не тільки величину, але і полярність магнітного поля, в тому числі - по декількох координатах. Всі ці переваги дозволяють позиціонувати датчики Холла в якості перспективної елементної бази.
У разі, коли безперервний моніторинг об'єкту не потрібно (наприклад, для систем безпеки), енергоспоживання датчика Холла може бути знижено за рахунок переведення в переривчастий режим роботи. Наприклад, при контролі двері або вікна немає необхідності постійно визначати їх стан, досить це робити кілька разів на секунду, адже швидкість їх переміщення відносно невелика. Завдяки тому, що вимірювальний елемент датчика Холла є практично безінерційним, а сучасна елементна база відрізняється високою швидкодією, для проведення вимірювань рівня магнітного поля без шкоди для точності достатньо лише кількох десятків мікросекунд. Таким чином, якщо мікросхема датчика більшу частину часу буде перебувати в сплячому режимі, при якому струм знижується до рівня кількох мікроампер, то середнє значення струму, споживаного датчиком, може бути зменшено на кілька порядків.
Наприклад, нехай для проведення вимірювань досить 100 мкс і струму 5 мА. Якщо проводити вимірювання 10 раз в секунду з інтервалом 100 мс, то при струмі споживання в сплячому режимі 5 мкА середній споживаний струм Iср буде розрахований за формулою 1 (рисунок 5):
$$ I_ {ср} = \ frac {T_ {1}} {T} \ times I_ {1} + \ frac {T_ {2}} {T} \ times I_ {2}, \ qquad {\ mathrm {( }} {1} {\ mathrm {)}} $$
де T 1 = (t 10) - тривалість етапу вимірювання, T 2 = (T - t 1) - тривалість сплячого режиму, тобто (0,1 / 100) x5000 + (99,9 / 100) x5 ≈ 10 мкА.
Мал. 5. Порівняння енергоспоживання датчиків Холла при різних режимах роботи (в умовному масштабі)
Це в 500 разів менше струму 5 мА, який би споживала мікросхема, виконуючи безперервні вимірювання. Таким чином, використання переривчастого режиму є ефективним засобом зменшення енергоспоживання дискретних датчиків Холла без шкоди для їх функціональності, що робить їх ідеальними для широкого кола компактних додатків на батарейках.
Малопотребляющіе датчики Холла виробництва Texas Instruments
В асортименті TI на момент написання статті присутні дві моделі датчиків з ультрамалих споживанням, взаємно доповнюють один одного за своєю функціональністю. Ключовою відмінністю пропонованих приладів є метод формування вихідного сигналу. Мікросхеми DRV5032 фіксують наявність магнітного поля з індукцією вище порогового значення, яке, в залежності від модифікації, може перебувати в діапазоні 3,8 ... 63 мТл (рисунок 6), в той час як датчики DRV5012 мають функцію засувки, стан якої змінюється тільки при зміні полярності магнітного поля (малюнок 7). Це і визначає практичне призначення мікросхем: DRV5032 призначені, в першу чергу, для визначення наявності будь-яких об'єктів, наприклад, для фіксації відкриття вікна або двері, і можуть працювати зі звичайними двополюсними магнітами, а DRV5012 - для вимірювання руху, наприклад, ротора електродвигуна , і більше орієнтовані на роботу з багатополюсними магнітами.
Мал. 6. Принцип роботи датчиків DRV5032
Мал. 7. Принцип роботи датчиків DRV5012
Спрощена структурна схема датчиків DRV5032 показана на малюнку 8, а їх технічні характеристики наведені в таблиці 1. У мікросхемі інтегровані: стабілізатор напруги, що забезпечує необхідний режим роботи всіх вузлів в широкому діапазоні напруги живлення, керований джерело струму для вимірювального елемента, диференційний операційний підсилювач з компенсаційними ланцюгами, що усувають вплив температури і напруги зсуву, присутнього на виході вимірювального елемента, і керуючі виходами логічні елемент и. Із зовнішніх компонентів для стійкої роботи приладу необхідне лише блокувальний керамічний конденсатор ємністю не менше 0,1 мкФ, що усуває перехідні процеси в ланцюзі харчування, обумовлені імпульсним характером споживаного струму.
Мал. 8. Структурна схема мікросхем DRV5032
Таблиця 1. Технічні характеристики мікросхем DRV5032
Параметри Найменування DRV5032DU DRV5032FA DRV5032FB DRV5032FC DRV5032FD DRV5032AJ DRV5032ZE Чутливість, мТл 3,9 4,8 4,8 4,8 4,8 9,5 63 Тип чутливості до магнітного поля Уніполярний Біполярний Біполярний Біполярний Уніполярний Біполярний Біполярний Тип виходів Двотактний Двотактний Двотактний Відкритий стік двотактний Відкритий стік Відкритий стік Кількість виходів 1, 2 * 1 1 1 2 * 1 1 Частота опитування, тип., Гц 20 20 5 20 20 20 20 Напруга живлення, В 1,65 ... 5,5 1,65 ... 5,5 1,65 ... 5,5 1,65 ... 5,5 1,65 ... 5,5 1,65..5,5 1,65 ... 5,5 Максимальний струм в активному режимі, тип., мА 2 2 2 2 2 2 2 Середній споживаний струм, тип. **, мкА 1,3 ... 2, 3 1,3 ... 2,3 0,54 ... 1,06 1,3 ... 2,3 1,3 ... 2,3 1,3 ... 2,3 1,3 ... 2,3 Тривалість активного режиму, тип., мкс 55 55 55 55 55 55 55 Тривалість вимірювання, тип., мкс 40 40 40 40 40 40 40 Робоча температура, ° С -40 ... 85 -40 ... 85 -40 ... 85 -40 ... 85 -40 ... 85 -40 ... 85 -40 ... 85 Корпус SOT-23, X2SON SOT-23, X2SON SOT-23 SOT-23 X2SON SOT-23, X2SON SOT-23 * залежно від типу корпусу: SOT-23 - один вихід (спрацьовує при орієнтації магніту південним полюсом до датчика); X2SON - два виходи (для північного і південного полюсів).
** При напрузі живлення 1,8 ... 5,0 В.
Залежно від версії, мікросхеми DRV5032 можуть бути чутливі до полярності зовнішнього магнітного поля. У біполярних версій вихідна напруга приймає низький логічний рівень при збільшенні індукції магнітного поля вище порогового значення, незалежно від полярності (рисунок 6). Це спрощує виробництво обладнання, оскільки в цьому випадку виключається операція позиціонування полюсів магніту. Уніполярні версії (з суфіксами DU і FD) можуть мати два виходи: вихід OUT1 перетворюється на стан логічного нуля при орієнтуванні магніту північним полюсом до приладу, а OUT2 - південним (малюнок 9). Можливість визначення полярності магнітного поля розширює функціональність кінцевих додатків, дозволяючи визначати не тільки наявність об'єкта, але і його орієнтацію. У мікросхемах з суфіксом DU, що випускаються в трехвиводном корпусі SOT-23, вихід OUT1 відсутня, і вони дозволяють визначити лише наявність магніту, орієнтованого до датчика південним полюсом.
Мал. 9. Орієнтація магнітного поля для датчиків DRV5032
Тип виходів також залежить від версії приладу. У сімействі присутні як мікросхеми з двотактним виходом, що дає можливість підключати виходи датчиків безпосередньо до портів мікроконтролера без використання зовнішніх підтягують резисторів, так і прилади з виходом типу «відкритий стік», що дозволяють об'єднувати виходи декількох датчиків за схемою монтажного АБО. Крім цього, широкий діапазон напруг живлення 1,65 ... 5,5 В дозволяє використовувати мікросхеми DRV5032 з більшістю популярних серій мікроконтролерів без використання додаткових схем узгодження рівнів логічних сигналів.
Для проведення вимірювань напруженості зовнішнього магнітного поля мікросхем DRV5032 досить в середньому 40 мкс. При цьому всі версії, крім приладів з суфіксом FB, виконують 20 вимірювань в секунду. Це дозволяє при максимальному споживаної струмі 2 мА зменшити величину його середнього значення до рівня 1,3 ... 2,4 мкА. Ще більшу економічність забезпечують мікросхеми з суфіксом FB, у яких частота вимірювань зменшена до 5 Гц, що дозволяє довести середній струм споживання до рівня 0,54 ... 1,6 мкА.
Структурна схема мікросхем DRV5012 (рисунок 10) і їх технічні характеристики (таблиця 2) багато в чому аналогічні DRV5032. Крім розглянутого вище методу формування вихідного сигналу, ще однією відмінною особливістю DRV5012 є можливість управління частотою вимірювань за допомогою виведення SEL. При наявності низького рівня на цьому вході мікросхема буде вимірювати напруженість магнітного поля 20 разів в секунду, а при установці логічної одиниці частота вимірювань збільшується до 2,5 кГц. Це дозволяє використовувати дані прилади в додатках як з повільними, так і з швидко протікають процесами, а також оптимізувати енергоспоживання системи в різних режимах роботи.
Мал. 10. Структурна схема датчиків DRV5012
Таблиця 2. Технічні характеристики мікросхеми DRV5012
Параметри Чутливість, мТл 2 Тип виходу Двотактний Напруга живлення, В 1,65 ... 5,5 Максимальний струм в активному режимі, тип., МА 2 Тривалість активного режиму, тип., Мкс 55 Тривалість вимірювання, тип., Мкс 40 Робоча температура, ° С -40 ... 85 Корпус X2SON Частота опитування, тип., Гц 20 2500 Середній споживаний струм при напрузі живлення 1,8 ... 5,0 В, тип., мкА 1,3 ... 2,0 142 ... 160
Малопотребляющіе датчики Холла від Honeywell
В асортименті одного з найстаріших виробників датчиків Холла - компанії Honeywell - також присутні дві моделі малопотребляющіх датчиків положення, що відрізняються лише чутливістю.
Структурна схема (рисунок 11), технічні характеристики (таблиця 3) і принцип роботи мікросхем SM351 і SM353 багато в чому аналогічні розглянутим вище мікросхем DRV5032 виробництва компанії Texas Instruments. Для зменшення енергоспоживання харчування на аналогові вузли подається тільки під час вимірювань, тривалість яких становить 15 мкс. Комутація харчування здійснюється за допомогою транзисторного ключа, керованого таймером, що містить тактовий генератор, лічильник, дешифратор та інші необхідні компоненти. Середня частота вимірювань напруженості магнітного поля дорівнює 10 Гц. При напрузі живлення 1,8 В такий режим роботи при типовому значенні струму в режимі вимірювань близько 1 мА дозволяє зменшити середній струм мікросхеми до рівня, що не перевищує 0,4 мкА.
Мал. 11. Структурна схема датчиків SM351 і SM353
Мікросхеми SM351 і SM353 нечутливі до полярності зовнішнього магнітного поля і мають двотактні виходи, що дозволяють підключати їх до мікроконтролеру без використання зовнішніх підтягують резисторів. Обидва прилади випускаються в компактних корпусах SOT-23 і можуть працювати в широкому діапазоні живлячої напруги (1,65 ... 5,5 В) і температур (-40 ... 85 ° С), що дозволяє використовувати їх в автомобільній і промисловій електроніці спільно з більшістю найбільш популярних мікроконтролерів.
Таблиця 3. Технічні характеристики датчиків Холла виробництва Honeywell при напрузі живлення 1,8 В
Параметри Найменування SM351 SM353 Тип виходу Двотактний Напруга живлення, В 1,65 ... 5,5 Тривалість активного режиму, тип., Мкс 15 Робоча температура, ° С -40 ... 85 Корпус SOT-23 Частота опитування, тип., Гц 10 Чутливість, мТл 0,7 1,4 Максимальний струм в активному режимі, тип., мА 1 0,8 Середній споживаний струм, мкА 0,36 0,31
На відміну від виробів Texas Instruments, датчикам Honeywell необхідна інша орієнтація магнітного поля. Для коректної роботи зовнішні магніти повинні бути орієнтовані полюсами до торцевої поверхні мікросхем (рисунок 12), в той час як для датчиків Texas Instruments таке розташування магнітів потрапляє в «сліпу» зону.
Мал. 12. Орієнтація магнітного поля для датчиків SM351 і SM353
Дослідження характеристик датчиків Холла
Для перевірки фактичних характеристик малопотребляющіх датчиків Холла ми порівняли мікросхеми SM351LTі SM353LT компанії Honeywell і DRV5032FA і DRV5032FB компанії Texas Instruments. Ці прилади мають однакові функціональне призначення, корпус і тип виходів і відрізняються тільки чутливістю, швидкістю реакції і енергоспоживанням. При підготовці статті було проведено дослідження п'яти зразків мікросхем кожної моделі.
Схема і зовнішній вигляд вимірювальної установки показані на малюнку 13. Кожен датчик змонтований на окремій макетної платі, яка містить керамічний конденсатор С2, призначений для виключення перехідних процесів в ланцюзі харчування, і резистор R3, що дозволяє за допомогою осцилографа контролювати форму споживаного струму. При проведенні вимірювань, не пов'язаних з контролем тимчасових діаграм, резистор R3 замикається зовнішньої дротяної перемичкою.
Мал. 13. Схема вимірювань
Мультиметр PV1 призначення для вимірювання СЕРЕДНЯ значення Струму в ланцюг живлення мікросхем. ВІН вімірює Падіння напруги на резісторі R1, Опір которого Вибравши таким чином, щоб при струмі 1 мА різніця потенціалів на ньом дорівнювала 200 мВ. Це дозволяє на самому чутливому межі мультиметра 200 мВ вимірювати струм в діапазоні 0 ... 1 мА з роздільною здатністю 0005 мкА, що цілком достатньо для проведення досліджень.
Електролітичний конденсатор С1 призначений для виключення можливої просадки напруги під час вимірювань через збільшення внутрішнього опору джерела живлення після додавання резистора R1. Елементи R1 і С1 утворюють фільтр нижніх частот з постійною часу 0,2 с, що набагато більше тривалості вимірювань (15 мкс для SM351LT і SM353LT, 40 мкс - для DRV5032FA і DRV5032FB).
Спрацьовування датчика контролюється за допомогою світлодіода VD1, ток якого обмежується резистором R2. Для виключення впливу навантаження мікросхеми на величину споживаного нею струму світлодіод підключений до позитивного полюса джерела живлення окремим проводом, минаючи фільтр R1C1.
Харчування схеми здійснюється від регульованого джерела постійного струму з контролем величини вихідної напруги. Оскільки вимірювання напруги живлення здійснюється до фільтра R1C1, його фактичне значення на висновках мікросхем буде менше на величину падіння напруги на резисторі R1, яке може досягати 60 мВ при напрузі живлення 5 В. Оскільки проведені дослідження є оціночними, цим можна знехтувати, адже підключення мультиметра, володіє хоч і високим, але все-таки кінцевим внутрішнім опором, безпосередньо до висновків харчування мікросхем призвело б до появи додаткової похибки у вимірюваннях струму.
Результати вимірювань споживаного струму наведені в таблиці 4. Як видно з отриманих даних, всі досліджені датчики мають хорошу повторюваність параметрів, а отримані значення відповідають типовим величинам, зазначеним у технічній документації.
Аналізуючи залежності середніх значень споживаного струму від напруги живлення (рисунок 14) можна побачити, що енергоспоживання приладів виробництва компанії Texas Instruments менше залежить від цього параметра, ніж датчиків Honeywell. Разом з цим, при напрузі живлення менше 4 В мікросхеми Honeywell більш економічні, ніж продукція Texas Instruments.
Мал. 14. Залежності споживаного струму від напруги живлення
На графіках, зображених на малюнку 14, також добре видно вплив частоти вимірювань на енергоспоживання. Струм, споживаний мікросхемою DRV5032FA з частотою 20 Гц, у всьому діапазоні живлячої напруги практично в два рази більше струму мікросхеми DRV5032FB, що має частоту 5 Гц. Можна припустити, що DRV5032FB має мінімально можливе енергоспоживання для даної технології, і подальше зменшення частоти вимірювань аж до нуля вже не зробить істотного впливу на величину споживаного струму.
Таблиця 4. Результати вимірювань споживаного струму при температурі 27 ° С
Найменування Зразок Напруга живлення, В 1,8 2,0 2,5 3,0 3,3 3,6 4,0 4,5 5,0 5,5 SM351LT 1 0,43 0,54 0,75 1,06 1,26 1,42 1,74 2,20 2,76 3,08 2 0,44 0,51 0,73 1,00 1,20 1,40 1,75 2,15 2,60 3,00 3 0,46 0,54 0,76 1,04 1,26 1,43 1,76 2,19 2,63 3,19 4 0,45 0,50 0,74 1,05 1,25 1,52 1 , 81 2,18 2,68 3,15 5 0,45 0,52 0,72 1,03 1,25 1,45 1,73 2,17 2,76 3,14 Середнє значення 0,45 0,52 0,74 1,04 1,24 1,44 1,76 2,18 2,69 3,11 SM353LT 1 0,39 0,45 0,65 0,92 1,09 1,28 1,60 1,99 2,47 2,81 2 0,39 0,43 0,65 0,90 1,08 1,27 1,53 2,00 2,38 2,84 3 0,37 0,47 0,68 0,92 1,07 1,27 1,61 1,95 2,50 2,90 4 0,44 0,48 0,69 0,92 1,09 1,29 1,62 1,93 2,50 2,91 5 0,40 0,47 0,67 0,93 1,12 1,32 1,60 2,01 2,41 2,93 Середнє значення 0,40 0,46 0,67 0,92 1,09 1,27 1,59 1,98 2,45 2,88 DRV5032FA 1 1,10 1,18 1,41 1,51 1,58 1,64 1,72 1,80 1,95 2,10 2 1,14 1, 20 1,45 1,53 1,60 1,67 1,73 1,83 1,95 2,03 3 1,12 1,21 1,51 1,59 1,65 1,70 1,79 1,85 2,00 2,20 4 1,11 1,23 1, 46 1,54 1,59 1,64 1,73 1,80 1,90 2,06 5 1,07 1,14 1,39 1,48 1,52 1,60 1,67 1,75 1,86 2,05 Середнє значення 1,11 1,19 1,44 1,53 1,59 1,65 1,73 1,81 1,93 2,09 DRV5032FB 1 0,49 0,50 0,61 0,66 0 , 71 0,75 0,79 0,88 1,01 1,13 2 0,49 0,50 0,59 0,64 0,70 0,75 0,78 0,88 1,00 1,15 3 0 , 50 0,53 0,62 0,66 0,71 0,76 0,83 0,90 1,02 1,16 4 0,48 0,51 0,60 0,63 0,70 0,75 0, 80 0,86 1,00 1,15 5 0,49 0,52 0,61 0,65 0,70 0,75 0,81 0,91 1,03 1,17 Середнє значення 0,49 0,51 0 , 61 0,65 0,70 0,75 0,80 0,89 1,00 1,15
Форму струму, споживаного мікросхемами, можна побачити, видаливши перемичку і підключивши осцилограф до резистору R3. Результати вимірювань (рисунок 15) підтверджують, що він має яскраво виражений імпульсний характер і відрізняється в активному і сплячому режимах на кілька порядків.
Мал. 15. Форма струму, споживаного мікросхемою SM351LT
Іншою важливою характеристикою датчиків Холла є чутливість, що визначає особливості практичного застосування, а також вимоги до характеристик і розташуванню джерел магнітного поля. У технічній документації на мікросхеми вказується величина індукції в точці, що відповідає розташуванню корпусу приладу. Однак на напруженість магнітного поля істотно впливає відстань, тому при використанні реальних магнітів датчик буде спрацьовувати на певній дистанції, залежить від їх геометричних розмірів і залишкової індукції.
Для оцінки відстані, необхідного для спрацьовування датчика, можна скористатися документацією TI або інформаційними матеріалами, присвяченими датчикам Холла. Для постійних магнітів прямокутної форми індукцію на відстані D від поверхонь полюсів магніту можна визначити за формулою 2:
$$ \ vec {B} = \ frac {B_ {r}} {\ pi} \ times \ left (\ arg \ tan \ left (\ frac {WL} {2D \ times \ sqrt {4D ^ {2} + W ^ {2} + L ^ {2}}} \ right) - \ arg \ tan \ left (\ frac {WL} {2 (D + T) \ times \ sqrt {4 (D + T) ^ {2 } + W ^ {2} + L ^ {2}}} \ right) \ right). \ qquad {\ mathrm {(}} {2} {\ mathrm {)}} $$
А для циліндричних - за формулою 3:
$$ \ vec {B} = \ frac {B_ {r}} {2} \ times \ left (\ frac {D + T} {\ sqrt {(0.5C) ^ {2} + (D + T) ^ {2}}} - \ frac {D} {\ sqrt {(0.5C) ^ {2} + D ^ {2}}} \ right), \ qquad {\ mathrm {(}} {3} {\ mathrm {)}} $$
де W - ширина, L - довжина, T - товщина, С - діаметр, Br - індукція магніту (рисунок 16).
Мал. 16. Визначення індукції магнітного поля на відстані від поверхні постійних магнітів
Для цієї мети також можна скористатися онлайн-калькулятором , Доступним на сайті Texas Instruments. Перевагою останнього варіанту є можливість швидкого визначення відстані, на якому буде спрацьовувати конкретний прилад. Наприклад, ввівши параметри постійного магніту на сторінці, присвяченій датчикам DRV5032, можна відразу визначити як величину індукції в потрібній точці, так і відстані, на яких спрацюють всі версії мікросхем даної моделі (рисунок 17).
Мал. 17. Онлайн-калькулятор Texas Instruments
Саме цей калькулятор і був використаний для визначення індукції, створюваної використовуваним в вимірах циліндричним постійним магнітом з матеріалу N38 8 х 8 мм (рисунок 17).
Результати вимірювань чутливості датчиків наведені в таблиці 5. Згідно з отриманими даними, при використанні зазначеного вище магніту датчики Texas Instruments спрацьовували на середній відстані 24 мм, що відповідає індукції 3,6 мТл, і відновлювали початковий стан на середній відстані 33 ... 34 мм (при індукції 1,45 ... 1,48 мТл). Під час проведення досліджень магніт переміщався по осі, перпендикулярної верхній площині мікросхеми і проходить через її центр (рисунок 9). Відповідно до технічної документації, відповідні характеристики цих приладів повинні знаходитися в межах 1,5 ... 4,8 мТл (спрацьовування) і 0,5 ... 3,0 мТл (відновлення) у всьому діапазоні живлячої напруги. Таким чином, всі зразки мікросхем DRV5032FA і DRV5032FB повністю відповідають заявленим характеристикам.
Таблиця 5. Результати вимірювань чутливості при напрузі живлення 5 В
Найменування Зразок Відстань, мм Спрацювання Відновлення SM351LT 1 35 38 2 35 39 3 36 40 4 37 40 5 36 38 Середнє значення 36 (1,25 мТл) 39 (1,0 мТл) SM353LT 1 32 35 2 30 34 3 31 36 4 32 37 5 31 34 Середнє значення 31 (1,86 мТл) 35 (1,34 мТл) DRV5032FA 1 24 33 2 25 35 3 25 35 4 24 32 5 24 34 Середнє значення 24 (3,6 мТл) 34 (1, 45 мТл) DRV5032FB 1 24 34 2 25 35 3 22 32 4 24 34 5 23 32 Середнє значення 24 (3,6 мТл) 33 (1,58 мТл)
При дослідженнях датчиків Honeywell магніт переміщався відповідно до рекомендацій виробника (рисунок 12). Датчики SM351LT спрацьовували при середній відстані між магнітом і мікросхемою, що дорівнює 36 мм, що відповідає індукції 1,25 мТл, і відновлювали свою роботу на середній відстані 39 мм, що відповідає індукції 1,0 мТл. Відповідно до технічної документації, для мікросхем SM351LT індукція спрацьовування повинна знаходитися в діапазоні 3 ... 11 Гс (0,3 ... 1,1 мТл), а відпускання - не менше 2 Гс (0,2 мТл), причому максимальне значення цієї величини не нормується. Як видно з результатів досліджень, реальна чутливість датчиків SM351LT виявилася трохи нижче величин, заявлених в технічній документації, на відміну від мікросхем SM353LT, спрацьовує при середній індукції 1,86 мТл (середня відстань 31 мм), що знаходиться в допустимих межах 6 ... 20 Гс ( 0,6 ... 2,0 мТл).
Висновок
Охоронні системи, лічильники енергоресурсів, медичне обладнання, пристрої інтернету речей - ось далеко не повний перелік додатків, в яких можна використовувати датчики Холла, розглянуті в даній статті. Ключовими особливостями всієї техніки, в якій можна застосувати ці мікросхеми, є компактність і жорсткі вимоги до енергоспоживання, адже саме для цих цілей вони і були розроблені.
Незважаючи на те, що розглянуті прилади випускаються різними виробниками, за своїми характеристиками вони взаємно доповнюють один одного, забезпечуючи комплексну апаратну платформу, на основі якої розробники можуть вирішити безліч практичних завдань.
У чому ж відмінності датчиків TI і Honeywell, і яка модель краще підійде в тому чи іншому випадку?