อะไรคือความแตกต่างระหว่างการตรวจจับกระแส Hall-Effect และการตรวจจับตำแหน่ง

การใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์สำหรับการวัดกระแสนั้นมีความแข็งแกร่งโดยเนื้อแท้ แต่มันสามารถเป็นเครื่องมือที่หลากหลายมากยิ่งขึ้นเมื่อต้องตรวจจับตำแหน่ง

การรับรู้ในทุกรูปแบบเป็นพื้นฐานของแอปพลิเคชั่นมากมาย มันมักจะเกี่ยวข้องกับวัสดุที่ทำหน้าที่เป็นตัวแปลงสัญญาณเพื่อแปลงคุณสมบัติหนึ่งไปยังอีก ในอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์องค์ประกอบการตรวจจับจะมีคุณสมบัติทางกายภาพที่เปลี่ยนไปซึ่งเป็นผลมาจากการกระทำของการตรวจจับเช่นความต้านทานหรือปฏิกิริยาที่ช่วยให้การวัดการเปลี่ยนแปลงในกระแสหรือแรงดันไฟฟ้า

Hall Effect

ในปี 1879 Edwin Hall ค้นพบว่าเมื่อตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่มีกระแสไหลในทิศทางเดียวถูกแนะนำในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กแรงดันไฟฟ้าสามารถวัดได้ในมุมฉากกับเส้นทางปัจจุบัน เป็นที่ทราบกันดีว่าผลกระทบของฮอลล์เกิดจากปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุเช่นอิเล็กตรอนเพื่อตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

ฮอลล์เอฟเฟ็กต์ซึ่งนำไปใช้กับเซ็นเซอร์แสดงให้เห็นว่ามีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่สามารถวัดได้ข้ามตัวนำซึ่งมีกระแสคงที่ต้องมีอยู่หรือเป็นความแตกต่างของกระแสที่วัดได้ในตัวนำ . ความต่างศักย์ไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์ได้สองวิธีโดยเฉพาะแม้ว่าเอฟเฟกต์พื้นฐานจะเหมือนกันในทั้งสองกรณี

1. ในแง่ของเซ็นเซอร์ Hall effect เป็นความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ผ่านตัวนำซึ่งต้องมีกระแสคงที่หรือความแตกต่างของกระแสที่วัดได้ข้ามตัวนำซึ่งผ่านแรงดันคงที่จะต้องไหล

ระดับสัญญาณเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามสัมพันธ์กับเสียงรบกวนพื้นหลังมีขนาดเล็ก (ช่วง µV) ดังนั้นจึงต้องใช้เส้นทางสัญญาณที่ค่อนข้างซับซ้อนเพื่อใช้ประโยชน์จากมัน

โดยไม่ต้องการลดคุณค่าการค้นพบของ Edwin Hall แต่อย่างใดผลที่ได้คือการใช้แรง Lorentz ซึ่งอธิบายการทำงานร่วมกันระหว่างแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กที่จุดประจุเนื่องจากความแปรผันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ในกรณีอย่างง่ายในกรณีของเอฟเฟกต์ฮอลล์แรง Lorentz อธิบายถึงผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มีต่ออนุภาคที่มีประจุโดยเฉพาะทิศทางที่มันจะถูกบังคับให้ใช้เมื่อมันผ่านตัวนำที่สัมผัสกับสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนไหวทางกายภาพส่งผลให้ประจุมากหรือน้อยบนพื้นผิวของตัวนำซึ่งส่งผลให้เกิดความต่างศักย์ที่เรียกว่าฮอลล์แรงดันไฟฟ้า

การตรวจจับกระแส Hall-Effect

ความจริงที่ว่าผลของฮอลล์ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กหมายความว่ามันสามารถใช้เป็นเทคโนโลยีแบบไร้สัมผัสได้ ดังนั้นจึงไม่เป็นการรบกวนซึ่งแตกต่างจากวิธีการตรวจจับกระแสที่พบมากที่สุดซึ่งประกอบด้วยการใช้ตัวต้านทานค่าต่ำเป็นเครื่องปัดและการวัดแรงดันตกคร่อม การใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์สำหรับการวัดกระแสนั้นมีความแข็งแกร่งในการใช้งานพลังงานสูงเนื่องจากไม่ได้อาศัยศักยภาพภาคพื้นดินเป็นข้อมูลอ้างอิง

ด้วยเซ็นเซอร์กระแสฮอลล์เอฟเฟกต์แบบดั้งเดิมนี้หมายถึงการวางเซ็นเซอร์ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กและการใช้หัวคอนดักเตอร์โดยปกติแกนเฟอร์รัสที่มีรูปร่างเป็นวงแหวนหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสวางรอบตัวนำ 2) โดยทั่วไปแล้วเซ็นเซอร์จะถูกเก็บไว้ในช่องว่างอากาศขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างปลายทั้งสองของแกนเฟอร์รัล

2. นี่คือการเปรียบเทียบวิธีการจัดวางเซ็นเซอร์ Hall-effect ทั่วไปและ Hall-IMC ทั่วไป

ด้วยเซ็นเซอร์กระแส IMC-Hall องค์ประกอบการตรวจจับจะอยู่ในตำแหน่งขนานกับการไหลของกระแสไฟฟ้า (รูปที่ 2 อีกครั้ง) ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องมีแกนเฟอร์รัล อย่างไรก็ตามอาจจำเป็นต้องใช้เกราะป้องกันสำหรับ crosstalk immunity ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้วัดกระแสที่ไหลในบัสบาร์หรือแทร็ก PCB เพียงแค่วางเซ็นเซอร์ไว้บนบาร์หรือแทร็ก เซ็นเซอร์ประเภทนี้เปิดใช้งานโดยเทคโนโลยี IMC-Hall โดยใช้ Integrated Magnetic Concentrator (IMC) ที่พัฒนาโดย Melexis (ดูด้านล่าง)

โดยพื้นฐานแล้วมันคือสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสที่ถูกตรวจพบเนื่องจากเอฟเฟกต์ฮอลล์แทนที่จะเป็นกระแสตัวเอง

การตรวจจับตำแหน่งฮอลล์เอฟเฟ็กต์

หลักการเดียวกันนี้สามารถใช้ในการตรวจจับว่ามีอยู่ไม่มีหรืออยู่ใกล้กับสนามแม่เหล็ก อย่างมีประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าฮอลล์ที่เป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กที่ด้านบนของเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับได้ขยายและประมวลผล นี่เป็นโอกาสที่จะใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์เพื่อตรวจจับตำแหน่งหรือแม้กระทั่งการวางแนวของวัตถุที่เกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์

ในแอปพลิเคชั่นที่เรียบง่ายนี้อาจค่อนข้างหยาบเช่นเมื่อแล็ปท็อปเปิดหรือปิด หรืออาจซับซ้อนกว่านี้เมื่อใช้เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวหรือการหมุนเชิงเส้นเช่นการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของวัตถุที่เคลื่อนที่ได้ (รูปที่ 3) ในแง่นี้การใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์สำหรับการตรวจจับตำแหน่งนั้นมีความหลากหลายมากกว่าการใช้เป็นเซ็นเซอร์ในปัจจุบัน

หัวแม่เหล็กรวม (IMC)

หนึ่งในข้อเสียของเซ็นเซอร์ Hall-effect ส่วนใหญ่ซึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีการทำงานของ Effect คือแผ่น Hall ที่ใช้ในการรับรู้สนามถูก จำกัด ไว้ที่แกนเดียวเท่านั้น

เพื่อแก้ไขข้อบกพร่อง Melexis พัฒนา Integrated Magnetic Concentrator หรือ IMC ซึ่งทำให้ Hall effect มีความยืดหยุ่นมากขึ้น IMC อนุญาตให้เซ็นเซอร์ Hall-effect ซึ่งอยู่ในระนาบเพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กจากแกน X, Y และ Z (รูปที่ 4) ดังนั้นการประยุกต์ใช้มีประโยชน์หลายประการรวมถึงความยืดหยุ่นในการวางแนวของเซ็นเซอร์

4. Integrated Magnetic Concentrator ช่วยให้เซ็นเซอร์ Hall-Effect ในขณะที่เหลืออยู่ในระนาบเพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กจากแกน X, Y และ Z

การตรวจจับแบบ Hall-Effect ในการใช้งานด้านยานยนต์

ด้วยการรวมเทคโนโลยี IMC ทำให้แอปพลิเคชั่นจำนวนมากในอุตสาหกรรมยานยนต์สามารถใช้งาน Hall effect ได้ ด้วยการใช้งานในสามมิติสามารถใช้เซ็นเซอร์ Hall-effect เพื่อตรวจจับตำแหน่งของคันเหยียบการหมุนของแกนพวงมาลัยและสถานะของคันเบรคและตำแหน่งของที่นั่งที่ควบคุมด้วยระบบไฟฟ้า

นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้ภายใต้ประทุนเพื่อตรวจสอบชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว lije ปั๊มและมอเตอร์เช่นเดียวกับการวัดกระแสที่ดึงออกมาจากชิ้นส่วนของระบบส่งกำลังไฟฟ้าเช่นอินเวอร์เตอร์ระบบตรวจสอบแบตเตอรี่ (BMS) หรือบน บอร์ดชาร์จ (OBC)

ข้อสรุป

ในแง่พื้นฐานปรากฏการณ์ฮอลล์เอฟเฟ็กต์สามารถใช้ประโยชน์ได้หลายวิธีรวมถึงการตรวจจับในปัจจุบันและการตรวจจับตำแหน่ง แม้จะมีความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เช่นอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนต่ำหรือผลกระทบของสนามเร่ร่อน แต่อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาโซลูชันการตรวจจับที่แข็งแกร่งและแม่นยำบนพื้นฐานของเอฟเฟกต์ฮอลล์

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มส่วนหน้าแบบอะนาล็อกที่แข็งแกร่งและเส้นทางสัญญาณดิจิตอลพร้อมกับเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์เช่น Melexis 'IMC-Hall หมายถึง Hall effect สามารถนำไปใช้กับการวัดในปัจจุบันและการตรวจจับตำแหน่งได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นยานยนต์ อุตสาหกรรม.

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดติดต่อเราที่ sales@xfullstar.com