Apa Perbedaan Antara Hall-Effect Sensing Saat Ini dan Sensing Posisi

Menggunakan efek Hall untuk pengukuran saat ini pada dasarnya kuat, tetapi bisa menjadi alat yang lebih fleksibel ketika datang ke penginderaan posisi.

Merasakan, dalam segala bentuknya, merupakan hal mendasar bagi banyak aplikasi. Itu selalu melibatkan bahan yang bertindak sebagai transduser, untuk mengkonversi satu properti ke yang lain. Dalam elektronik, elemen penginderaan akan memiliki sifat fisik yang berubah sebagai akibat dari tindakan penginderaan, seperti resistansi atau reaktansi yang memungkinkan pengukuran perubahan baik arus atau tegangan.

Efek Hall

Pada tahun 1879, Edwin Hall menemukan bahwa ketika sebuah konduktor atau semikonduktor dengan arus yang mengalir dalam satu arah diperkenalkan secara tegak lurus ke medan magnet, tegangan dapat diukur pada sudut yang tepat ke jalur saat ini. Sudah mapan bahwa efek Hall hasil dari interaksi partikel bermuatan, seperti elektron, dalam menanggapi medan listrik dan magnet.

Efek Hall, seperti yang diterapkan pada sensor, bermanifestasi baik sebagai perbedaan tegangan yang dapat diukur di seluruh konduktor di mana arus konstan harus ada, atau sebagai perbedaan arus yang dapat diukur di seluruh konduktor di mana tegangan konstan harus mengalir (Gbr. 1) . Perbedaan tegangan sebanding dengan kekuatan medan magnet. Ini berarti efek Hall dapat digunakan dalam dua cara yang sangat spesifik, meskipun efek yang mendasarinya sama dalam kedua kasus.

1. Dalam hal sensor, efek Hall adalah baik perbedaan tegangan yang dapat diukur di seluruh konduktor di mana arus konstan harus ada, atau perbedaan arus yang dapat diukur di seluruh konduktor di mana tegangan konstan harus mengalir.

Level sinyal karena variasi medan, relatif terhadap derau latar, kecil (kisaran µV). Oleh karena itu, diperlukan jalur sinyal yang cukup canggih untuk memanfaatkannya.

Tanpa bermaksud meremehkan penemuan Edwin Hall dengan cara apa pun, efeknya benar-benar merupakan perpanjangan dari penggunaan gaya Lorentz, yang menggambarkan interaksi antara gaya listrik dan magnet pada muatan titik karena variasi medan elektromagnetik.

Dalam istilah sederhana, dalam kasus efek Hall, gaya Lorentz menggambarkan efek medan magnet terhadap partikel bermuatan, khususnya arah yang harus diambil saat melewati konduktor yang terpapar medan magnet. Gerakan fisik menghasilkan muatan yang lebih atau kurang melintasi permukaan konduktor, yang menghasilkan perbedaan potensial yang dikenal sebagai tegangan Hall.

Hall-Effect Sensing Saat Ini

Fakta bahwa efek Hall tergantung pada medan magnet berarti dapat digunakan sebagai teknologi tanpa kontak. Dengan demikian, ini tidak mengganggu, tidak seperti cara penginderaan arus yang paling umum, yang terdiri dari penggunaan resistor bernilai rendah sebagai shunt dan mengukur penurunan tegangan di atasnya. Menggunakan efek Hall untuk pengukuran saat ini secara inheren kuat dalam aplikasi daya tinggi, karena tidak bergantung pada potensi tanah sebagai referensi.

Dengan sensor arus Hall-effect konvensional, ini berarti menempatkan sensor tegak lurus terhadap medan magnet dan menggunakan konsentrator, biasanya inti feromagnetik yang berbentuk cincin atau bujur sangkar, ditempatkan di sekitar konduktor yang membawa arus yang akan diukur (Gbr. 2) . Sensor biasanya akan diadakan di celah udara kecil yang terbentuk antara dua ujung inti feromagnetik.

2. Berikut perbandingan bagaimana sensor Hall-effect dan Hall-IMC saat ini diposisikan.

Dengan sensor arus IMC-Hall, elemen sensor diposisikan sejajar dengan aliran arus (Gbr. 2, lagi) . Dalam hal ini, tidak diperlukan inti feromagnetik; Namun, perisai mungkin diperlukan untuk kekebalan crosstalk. Ini berarti dapat digunakan untuk mengukur arus yang mengalir di bus bar atau trek PCB hanya dengan memposisikan sensor di atas bar atau trek. Jenis sensor ini diaktifkan oleh teknologi IMC-Hall menggunakan Integrated Magnetic Concentrator (IMC) yang dikembangkan oleh Melexis (lihat di bawah) .

Pada dasarnya, itu adalah medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang terdeteksi berkat efek Hall, bukan arus itu sendiri.

Hall-Effect Position Sensing

Prinsip yang sama dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan, ketidakhadiran, atau kedekatan medan magnet. Secara efektif, tegangan Hall yang dihasilkan dari pergerakan magnet di atas sensor dapat dideteksi, diperkuat, dan diproses. Ini menyajikan kesempatan untuk menggunakan efek Hall untuk mendeteksi posisi atau bahkan orientasi objek sehubungan dengan sensor.

Dalam aplikasi sederhana ini mungkin relatif kasar, seperti ketika laptop terbuka atau tertutup. Atau mungkin lebih canggih ketika digunakan untuk mendeteksi gerakan atau rotasi linear, seperti variasi posisi objek bergerak (Gbr. 3) . Dalam hal ini, menggunakan efek Hall untuk penginderaan posisi jauh lebih fleksibel daripada penggunaannya sebagai sensor saat ini.

Integrated Magnetic Concentrator (IMC)

Salah satu kelemahan dari kebanyakan sensor efek Hall, yang terkait dengan cara efek bekerja, adalah pelat Hall yang digunakan untuk merasakan medan terbatas hanya pada satu sumbu.

Untuk mengatasi kelemahan itu, Melexis mengembangkan Integrated Magnetic Concentrator, atau IMC, yang membuat efek Hall jauh lebih fleksibel. IMC memungkinkan sensor efek Hall, sambil tetap berada di pesawat, untuk mendeteksi medan magnet dari sumbu X, Y dan Z (Gbr. 4) . Akibatnya, manfaat aplikasi berlipat ganda, termasuk fleksibilitas orientasi sensor.

4. Integrated Magnetic Concentrator memungkinkan sensor efek Hall, sementara tetap di pesawat, untuk mendeteksi medan magnet dari sumbu X, Y dan Z.

Hall-Effect Sensing dalam Aplikasi Otomotif

Dengan masuknya teknologi IMC, banyak aplikasi dalam industri otomotif dapat menggunakan efek Hall. Dengan beroperasi dalam tiga dimensi, sensor efek Hall dapat digunakan untuk mendeteksi posisi pedal, rotasi kolom kemudi dan status tuas rem, dan posisi kursi yang dioperasikan secara listrik.

Hal ini juga dapat diterapkan di bawah kap untuk memantau bagian yang bergerak pompa dan motor lije, serta untuk mengukur arus yang ditarik oleh bagian listrik dari powertrain, seperti inverter, sistem pemantauan baterai (BMS), atau board charger (OBC).

Kesimpulan

Dalam istilah dasar, fenomena efek Hall dapat dimanfaatkan dalam sejumlah cara yang bermanfaat, termasuk penginderaan saat ini dan penginderaan posisi. Meskipun ada tantangan besar, seperti rasio sinyal terhadap noise yang rendah atau dampak medan yang menyimpang, industri elektronik telah berhasil mengembangkan solusi penginderaan yang kuat dan akurat berdasarkan efek Hall.

Khususnya, penambahan front end analog yang kuat dan jalur sinyal digital, bersama dengan teknologi eksklusif seperti Melexis 'IMC-Hall, berarti efek Hall dapat diterapkan pada pengukuran saat ini dan penginderaan posisi — bahkan di lingkungan yang keras seperti industri otomotif. industri.

Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi kami di sales@xfullstar.com