Магнитные переключатели — Infineon Technologies

Обзор

Самый широкий ассортимент энергосберегающих высокоточных магнитных переключателей Infineon для автомобильных, промышленных и потребительских приложений

Магнитный переключатель используется для распознавания и передачи присутствия магнитного поля в пределах определенного порога. Благодаря превосходному рабочему диапазону, уменьшенной занимаемой площади, точным точкам переключения и минимальному энергопотреблению линейка переключателей и защелок Infineon представляет собой идеальное решение для систем, охватывающих автомобильный, промышленный и коммерческий секторы.

Используя технологию эффекта Холла, магнитные переключатели и защелки могут точно определять близость магнитного поля. Поместив магнит на систему, которую вы хотите контролировать, в сочетании с датчиком переключателя на эффекте Холла в перпендикулярном положении, поток тока изменяется. Полученное магнитное поле затем можно использовать для сбора точных данных о близости — и все это без контакта между объектами, что повышает надежность и срок службы.

С моделями, специально оптимизированными для различных областей применения, таких как приложения с низким энергопотреблением, требующие точных данных в широком диапазоне рабочих температур, простые и экономичные решения для жилых помещений и работы с нерегулируемыми источниками питания, линейка магнитных переключателей (Холла) Infineon датчики ликвидируют разрыв между человеческим и технологическим общением.

Ассортимент магнитных переключателей Infineon

Ассортимент магнитных переключателей и защелок XENSIV™ от Infineon (ранее называвшихся переключателем Холла и защелкой Холла соответственно) используются в автомобильном, промышленном и коммерческом секторах, чтобы открыть новое поколение интеллектуальных технологий. способен эффективно понимать окружающую среду и реагировать на нее. Каждый переключатель с магнитным датчиком изготавливается собственными силами в соответствии с ведущими отраслевыми стандартами и является наилучшим решением для каждого применения клиента.

Самый широкий выбор датчиков с магнитным переключателем на эффекте Холла основан на более чем 40-летнем опыте и разработан в соответствии с высочайшими стандартами энергоэффективности, компактности и точности. Благодаря скудному потреблению валюты 1,6 мА и минимальному размеру корпуса на 10% меньше, чем в предыдущих версиях, пользователи могут создавать оптимизированные системы для различных отраслей.

Высококачественные прецизионные биполярные и униполярные датчики Холла для применения в диапазоне рабочих температур от -40°C до 170°C и диапазоне напряжения питания от 3,0 В до 32 В (макс. 42 В с защитой от перенапряжения). Они также оснащены недавно оптимизированной защитой от перегрева и перегрузки по току. Эти датчики идеально подходят для многочисленных приложений определения положения, таких как рычаги переключения передач и сиденья, и часто используются в приложениях с принудительным закрыванием, таких как люки и стеклоподъемники. Другие модели датчиков на эффекте Холла специально подходят для измерения углового положения в двигателях BLDC, а также для подсчета индекса полюсного колеса со значительным диапазоном потенциальных автомобильных и промышленных применений.

В то же время магнитные выключатели и защелки серии TLV являются экономичными и простыми в использовании альтернативами для потребительского рынка. Обнаружение открытия / закрытия в бытовой технике и автоматизированных интеллектуальных технологиях, а также коммутация бесщеточных двигателей постоянного тока в потребительских товарах являются обычными приложениями.

Магнитные переключатели и защелки

Магнитные переключатели Infineon работают по принципу эффекта Холла; поскольку проксимальный магнит нарушает поток электрического заряда, создается разность потенциалов, определяющая отсутствие или наличие магнитного поля. Эффект Холла, впервые обнаруженный более 100 лет назад, за последние десятилетия нашел широкое практическое применение в ряде отраслей. Переключатель датчика Холла включается/выключается при наличии заданного магнитного порога, что делает их идеально подходящими для различных приложений обнаружения приближения.

Магнитные защелки работают по тому же принципу, но также способны воспринимать магнитную полярность и реагировать на нее.

Магнитная защелка используется для хранения сигнала и, когда состояние переключателя изменяется после удаления магнитного поля, защелка сохраняет свое состояние до тех пор, пока не будет введена противоположная полярность достаточной силы.

Несмотря на то, что функциональность магнитных переключателей и защелок совпадает с более широким диапазоном магнитных датчиков положения Infineon, они специально разработаны для достижения оптимальных результатов в приложениях индексного подсчета, определения положения и коммутации.

Применение магнитных переключателей

Линейка магнитных переключателей Infineon широко применяется в автомобильной промышленности, а также доказала свою эффективность во многих промышленных и потребительских приложениях. Переключатели на эффекте Холла

TLE496x подходят для автомобильной промышленности, а серия TLI496x предназначена для промышленного использования. Оба подходят для приложений, требующих широкого диапазона рабочих температур, точных показаний и минимального потребления тока. Основные области применения включают определение положения ротора в двигателях BLDC (например, стеклоочистители, насосы, двигатели сидений), подъем окна/люка в крыше и функции безопасности, такие как определение ремня безопасности и угла поворота рулевого колеса.

Линейка магнитных переключателей TLV496x была разработана специально для потребительских приложений и представляет собой экономичное и простое решение многочисленных требований к измерению положения. Приложения включают коммутацию двигателей BLDC для небольших потребительских устройств (например, электровелосипедов, вентиляторов, кондиционеров), автоматических дверей и других технологий умного дома, а также систем безопасности.

Скачать документы галереи

• Электронная книга по управлению двигателем: Краткий обзор решений Infineon, 2019 г.

Продукты

Документы

Поддержка дизайна

Видео

Партнеры

Обучение

Ассортимент автомобильных систем Infineon для двухколесных транспортных средств

• Понимание тенденций рынка двухколесных транспортных средств и
• Ознакомьтесь с ассортиментом двухколесных транспортных средств Infineon для автомобилей

XENSIV™ — магнитные датчики положения Infineon

• Знание основных технологий, используемых для определения положения
• Определите варианты использования в автомобильной промышленности, где могут применяться продукты Infineon XENSIV™

Инструменты для магнитных датчиков положения

• Узнайте об инструментах Infineon для магнитных датчиков положения
• Определите инструменты, которые могут помочь вам проверить, подходит ли линейка магнитных датчиков положения Infineon XENSIV ^TM для ваших систем

Преимущества сенсорной коммутации двигателя в электроинструментах

• Подчеркните тот факт, что многие датчики ATV SC могут использоваться в электроинструментах.
• Объясните преимущества использования датчиков для коммутации двигателя в Power Tool.

Приложения

Быстрый поиск

Добро пожаловать в наш новый интерактивный инструмент выбора датчика, разработанный для того, чтобы максимально быстро и без усилий подобрать для вас наиболее подходящий вариант. Просто выберите общую отрасль (автомобильную или промышленную/потребительскую) и детализируйте приложения, пока не найдете нужный вариант использования. Инструмент выбора подскажет, какой датчик Infineon XENSIV™ лучше всего подходит для вашего проекта. Это не может быть проще.

Автомобилестроение

Коммерческие, строительные и сельскохозяйственные автомобили (CAV)

Легковые автомобили

Промышленный

Потребитель

Поддержка

Контакт

Переключатель на эффекте Холла

| Основы переключателей с фиксацией

Основы интегральных схем на эффекте Холла переключателя с фиксацией

Скачать PDF-версию

Существует четыре основных категории устройств ИС на основе эффекта Холла, которые обеспечивают цифровой выход: униполярные переключатели, биполярные переключатели, омниполярные переключатели и защелки.

Переключатели с фиксацией описаны в этих указаниях по применению. Аналогичные указания по применению униполярных переключателей, биполярных переключателей и многополюсных переключателей представлены на веб-сайте Allegro™.

Фиксирующие ИС датчика Холла, часто называемые «защелками», представляют собой цифровые выходные переключатели на эффекте Холла, которые фиксируют состояния выхода. Защелки аналогичны биполярным переключателям, имеющим положительный B _OP и отрицательный B _RP , но обеспечивают жесткий контроль над режимом переключения. Для работы защелок требуются как положительные, так и отрицательные магнитные поля. Магнит, создающий магнитное поле южной полярности (положительное) достаточной силы (плотности магнитного потока), заставит устройство переключиться во включенное состояние. Когда устройство включено, оно фиксирует состояние и остается включенным, даже если магнитное поле удаляется, пока не будет представлено магнитное поле северной полярности (отрицательное) достаточной силы. При наличии отрицательного поля устройство выключается. Он фиксирует измененное состояние и остается выключенным, даже если магнитное поле удаляется, до тех пор, пока снова не будет представлено магнитное поле южной полярности (положительное) достаточной силы.

Применения для определения положения вращающегося вала показаны на рис. 1. Несколько магнитов объединены в простую структуру, называемую «кольцевым магнитом», которая включает в себя чередующиеся зоны противоположной магнитной полярности. Корпус ИС, примыкающий к каждому кольцевому магниту, представляет собой защелку Холла. При вращении вала магнитные зоны перемещаются мимо устройства Холла. Устройство подвергается воздействию ближайшего магнитного поля и включается, когда противоположно южное поле, и выключается, когда противоположно северное поле. Обратите внимание, что фирменная сторона устройства обращена к кольцевому магниту.

Рис. 1. Два устройства с защелкой, использующие кольцевые магниты. Кольцевые магниты имеют чередующиеся зоны полярности N (север) и S (юг), которые вращаются мимо устройств Холла, заставляя их включаться и выключаться.

Термины для магнитных точек переключения

Ниже приведены термины, используемые для определения точек перехода или точек переключения срабатывания переключателя Холла:

находится под действием перпендикулярного магнитного поля.

• B   — Обозначение плотности магнитного потока, свойства магнитного поля, используемого для определения точек переключения устройства Холла. Измеряется в гауссах (G) или теслах (T). Преобразование составляет 1 G = 0,1 мТл.

  B может иметь северную или южную полярность, поэтому полезно помнить об алгебраическом соглашении, согласно которому B обозначается как отрицательное значение для магнитных полей северной полярности и как положительное значение для магнитных полей южной полярности. Это соглашение позволяет арифметически сравнивать значения северной и южной полярности, где относительная напряженность поля указывается абсолютным значением B, а знак указывает на полярность поля. Например, поле −100 Гс (север) и поле 100 Гс (юг) имеют одинаковую силу, но противоположную полярность. Точно так же поле −100 Гс сильнее, чем поле −50 Гс.

•  B _OP   − Магнитная рабочая точка; уровень усиливающегося магнитного поля, при котором включается прибор Холла. Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронной конструкции отдельного устройства.
•  B _RP    − Магнитная точка сброса; уровень ослабления магнитного поля, при котором отключается прибор Холла (или для некоторых типов приборов Холла уровень усиливающегося отрицательного поля при положительном B _ОП ). Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронной конструкции отдельного устройства.
• B _HYS  — Магнитный гистерезис точки переключения. Передаточная функция устройства Холла разработана с таким смещением между точками переключения, чтобы отфильтровать небольшие колебания магнитного поля, которые могут возникнуть в результате механической вибрации или электромагнитного шума в приложении. B _HYS = | B _OP  − B _RP  |.

Типовая работа

Точки переключения микросхем фиксирующих датчиков симметричны относительно уровня нейтрального поля, B = 0 G, как показано на рис. 3. Точки переключения имеют одинаковую напряженность поля, но противоположную полярность. Например, если точка срабатывания, B _OP , равна 85 G (положительное значение, указывающее на южную полярность), точка срабатывания, B _RP , составляет − 85 G (отрицательное значение, указывающее на северную полярность). Фиксация последнего состояния предотвращает переключение устройств при наличии слабых полей.

Переключатель с фиксацией включается в сильном поле южной полярности, и результирующий выходной сигнал имеет низкий логический уровень (при напряжении насыщения выходного транзистора, V _OUT(sat) , обычно <200 мВ). Переключатель с фиксацией отключается в сильном поле северной полярности, и результирующий выходной сигнал имеет высокий логический уровень (до полного напряжения питания, V _CC ). Поскольку состояние переключения фиксируется, эти устройства не переключаются, пока магнитное поле находится в диапазоне гистерезиса точки переключения между B _OP и B _RP . Поскольку точка 0 G должна быть пересечена, прежде чем произойдет переключение в любом направлении, диапазон гистерезиса относительно шире, чем для других типов переключателей Холла.

Рис. 3. Выходные характеристики переключателя с фиксацией. Выход устройства переключается на низкий логический уровень при наличии сильного поля южной полярности и переключается на высокий логический уровень при сильном поле северной полярности. В слабом поле защелка не меняет выходного состояния.

Хотя устройство может включаться при любом уровне плотности магнитного потока, для пояснения рисунка 3 начните с крайнего левого угла, где магнитный поток (B, по горизонтальной оси) меньше положительного, чем B _RP или B _OP . Здесь устройство выключено, а выходное напряжение (V _OUT по вертикальной оси) высокое.

Следуя стрелкам вправо, магнитное поле становится все более положительным. Когда поле более положительное, чем B _OP устройство включается. Это приводит к изменению выходного напряжения в противоположное состояние, низкое.

Пока магнитное поле остается более положительным, чем B _RP , устройство остается включенным, а состояние выхода остается неизменным. Это верно, даже если B становится немного менее положительным, чем B _OP , в пределах встроенной зоны гистерезиса переключения, B _HYS .

Следуя стрелкам обратно влево, магнитное поле становится менее положительным, а затем более отрицательным. Когда магнитное поле снова упадет ниже B _RP , устройство выключается. Это приводит к тому, что вывод возвращается в исходное состояние.

Магниты

Отдельные магниты могут использоваться для обеспечения двух противоположных магнитных полярностей, однако, как правило, более рентабельно использовать кольцевые или ленточные магниты. Кольцевые и ленточные магниты намагничиваются чередующимися полюсами с заданным интервалом. Кольцевой магнит представляет собой узел в форме тороида или диска (см. рис. 1) с чередующимися радиально или аксиально намагниченными полюсами. Ленточный магнит представляет собой плоскую полоску с чередующимися магнитными полюсами. Кольцевые магниты доступны из различных материалов, включая керамику, редкоземельные элементы и гибкие материалы. В полосовых магнитах почти всегда используются гибкие материалы, такие как связующее из нитрильного каучука, содержащее ориентированный феррит бария, или редкоземельные материалы с более высокой энергией.

Кольцевые магниты обычно имеют количество полюсов, тогда как ленточные магниты обычно указываются в количестве полюсов на дюйм. Четырехполюсный кольцевой магнит содержит два чередующихся полюса, ориентированных на север и два на юг (N-S-N-S), в то время как полосовой магнит с 11 полюсами на дюйм имеет чередующиеся полюса, разнесенные на 0,0909 дюйма. центры. Производители магнитов предлагают различные расстояния между полюсами.

Подтягивающий резистор

Подтягивающий резистор должен быть подключен между плюсом питания и выходным контактом (см. рис. 4). Общие значения для подтягивающих резисторов составляют от 1 до 10 кОм. Минимальное сопротивление подтягивания зависит от максимального выходного тока микросхемы датчика (тока стока) и фактического напряжения питания. 20 мА – типичный максимальный выходной ток, и в этом случае минимальное значение подтяжки будет равно В _CC  / 0,020 A. В тех случаях, когда потребление тока является проблемой, сопротивление подтягивания может составлять от 50 до 100 кОм. Предостережение: при больших значениях подтягивания возможно возникновение внешних токов утечки на землю, которые достаточно высоки, чтобы падать выходное напряжение, даже когда устройство отключено магнитным полем. Это не проблема устройства, а скорее утечка, возникающая в проводниках между подтягивающим резистором и выходным контактом микросхемы датчика. В крайнем случае это может привести к падению выходного напряжения микросхемы датчика настолько, что это помешает правильному функционированию внешней логики.

Рис. 4. Типовая схема применения.

Использование обходных конденсаторов

Расположение обходных конденсаторов см. на рис. 4. В общем:

• Для конструкций без стабилизации прерывателя — рекомендуется установить конденсатор емкостью 0,01 мкФ на выходной контакт и контакт заземления, а также между контактами питания и заземления.
• Для конструкций со стабилизацией прерывателем – между выводами питания и заземления должен быть установлен конденсатор емкостью 0,1 мкФ, а между выводами выхода и заземления рекомендуется конденсатор емкостью 0,01 мкФ.

Состояние включения питания

Защелка включается в допустимом состоянии, только если напряженность магнитного поля превышает B _OP или B _RP при подаче питания. Если напряженность магнитного поля находится в диапазоне гистерезиса, т. е. между B _OP и B _RP , устройство может изначально принимать либо включенное, либо выключенное состояние, а затем достигает правильного состояния при первом отклонении от точки переключения. Устройства могут быть разработаны с логикой включения питания, которая отключает устройство до тех пор, пока не будет достигнута точка переключения.

Время включения

Время включения в некоторой степени зависит от конструкции устройства. ИС датчика с цифровым выходом, такие как фиксирующее устройство, достигают стабильности при первоначальном включении питания в следующие моменты времени.

Тип устройства	Время включения
Конструкции без нарезки (например, семейство A1210)	<4 мкс
Стабилизированный прерывателем (например, семейство A1220)	<25 мкс

По сути, это означает, что до истечения этого времени после подачи питания выход устройства может быть не в правильном состоянии быть в правильном состоянии.

Рассеиваемая мощность

Общая рассеиваемая мощность представляет собой сумму двух факторов:

• Мощность, потребляемая микросхемой датчика, за исключением мощности, рассеиваемой на выходе. Это значение V _CC умножает ток питания. V _CC — напряжение питания устройства, а ток питания указан в паспорте. Например, при заданном V _CC = 12 В и токе питания = 9 мА. Рассеиваемая мощность = 12 × 0,009 или 108 мВт.
• Мощность, потребляемая выходным транзистором. Это значение V _{(on)(sat) в} раз больше выходного тока (устанавливается нагрузочным резистором). Если V _(on)(sat) равно 0,4 В (наихудший случай), а выходной ток равен 20 мА (часто наихудший случай), рассеиваемая мощность составляет 0,4 × 0,02 = 8 мВт. Как видите, из-за очень низкого напряжения насыщения мощность, рассеиваемая на выходе, не является большой проблемой.

Общая рассеиваемая мощность для этого примера составляет 108 + 8 = 116 мВт. Возьмите это число в таблицу снижения номинальных характеристик в техническом описании рассматриваемого пакета и проверьте, нужно ли снижать максимально допустимую рабочую температуру.

Часто задаваемые вопросы

В: Как ориентировать магниты?

A: полюса магнита ориентированы на фирменную лицевую сторону устройства. Фирменное лицо — это место, где вы найдете идентификационные маркировки устройства, такие как частичный номер детали или код даты.

В: Могу ли я подойти к задней стороне устройства с магнитом?

A: Да, однако имейте в виду: если полюса магнита остаются ориентированными в одном и том же направлении, то ориентация поля потока через устройство остается неизменной с фронтального подхода (например, если южный полюс был ближе к устройству при подходе спереди, то северный полюс был бы ближе к устройству при подходе сзади). Тогда северный полюс будет генерировать положительное поле относительно элемента Холла, а южный полюс будет генерировать отрицательное поле.

В: Есть ли компромиссы при приближении к задней стороне устройства?

О: Да. Сигнал «чище» имеется при приближении с лицевой стороны упаковки, т. к. элемент Холла расположен ближе к лицевой стороне (брендированной стороне упаковки), чем к тыльной стороне. Например, для упаковки «UA» микросхема с элементом Холла находится на 0,50 мм внутри фирменной грани упаковки и, таким образом, примерно на 1,02 мм от тыльной стороны. (Расстояние от лицевой стороны марки до элемента Холла называется «глубиной активной области».)

В: Может ли очень большое поле повредить устройство Холла?

A: Нет. Очень большое поле не повредит устройство на эффекте Холла Allegro и не добавит дополнительного гистерезиса (кроме расчетного гистерезиса).

В: Зачем мне устройство, стабилизированное прерывателем?

A: ИС датчика со стабилизированным прерывателем обеспечивают большую чувствительность с более точно контролируемыми точками переключения, чем конструкции без прерывателя.