霍尔开关原理及参数

霍尔开关在物联网方面设计使用越来越多，尤其在一些智能表计领域，常用于复位激活功能。霍尔开关是一种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上把磁输入信号转换为电信号。可以把它理解为“磁性开关”。霍尔开关这种非接触式触发对产品一体性具有很大的优势。

内部框图

霍尔开关IC内部集成了霍尔电压发生器，放大器，施密特触发电路，晶体管输出电路，其数字输出干净平稳，不会发生开关跳跃及抖动（机械开关的固有问题）。

分类

最常见的按照感应方式分类可以分为如下三类：

1. 单极性霍尔开关

感应方式：磁场的一个磁极靠近它，输出低电平信号，磁场磁极离开它输出高电平信号，但要注意的是，单极性霍尔开关它会指定某磁极（N极/S极）感应才有效。

2. 双极性霍尔开关

感应方式：磁场有N/S两个磁极，两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关（高低电平），它一般具有锁定的作用，也就是说当磁极离开后，霍尔输出信号不发生改变，直到另一个磁极感应。

3. 全极性霍尔开关

感应方式：全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似，区别在于单极性霍尔开关会指定磁极，全极性霍尔开关不会指定磁极，任何磁极靠近输出低电平信号，离开输出高电平信号。

参数

• 磁通量密度

磁通量密度主要指磁场强度用B来表示，单位是高斯（Gauss）或特斯拉（tesla)（1G=0.1mT）。

• $B_{op}$

当磁通量密度增大到一定值时，霍尔开关开始动作输出低电平的工作点，该点对应的磁通量密度称为工作点-$B_{op}$。当继续提高磁场强度时不会影响开关状态会一直保持打开。下图中当磁通量密度达到240G时，霍尔开关输出低电平。

• $B_{rp}$

由于磁滞作用的影响，如果关掉上图中的和霍尔开关需要使磁通量密度低于240G工作点，如下图所示：存在90G磁滞，当磁通量密度减小到150G时，霍尔开关关断。此时磁通量密度的数值称为释放点-$B_{rp}$。

磁极移动方向

霍尔效应器件的有效面积埋置于IC内部，该硅片与封装的一个特定面平行，该表面也称为标记面（每个IC的数据手册会显示距离标记面的有效深度）。为了使开关以最佳状态工作，必须保证磁通量线以垂直的方式横越有效面积，并且必须在横越时具有正确的极性。 如下图所示，黄色加号即位有效面积。

不同的霍尔开关IC会在不同位置放置（中心、侧面、多方向）霍尔效应器件，可以根据实际磁铁移动方向选择不同位置的霍尔开关。

有效总气隙

有效总气隙（TEAG）是有效面积深度（AAD,标记面与器件边缘的距离）与气隙（AG，器件表面与磁铁之间的距离）

磁铁强度计算

磁铁的强度与距离的计算参考如下：

TI提供了一个在线计算工具：Hall Effect Switch Magnetic Field Calculator。

霍尔开关的基本参数如上述介绍，在一些低功耗应用场合下，还需要关注IC本身的平均消耗电流以及采样频率参数。

参考

• DRV5032 Ultra-Low-Power Digital-Switch Hall Effect Sensor