1 應用簡報

引言

許多用戶系統需要對開關模式類型的操作進行位置檢測。當使用典型的霍爾效應開關器件時，這種開關功能的開關類型相對簡單，可在筆記本電腦蓋、安全帶、光開關和電動工具中找到。當輸入磁場超過工作閾值 B_OP 時，傳感器輸出切換狀態，當同一磁場分量的幅度小于釋放閾值 B_RP 時，輸出返回空閑狀態。通常，該器件內置一些遲滯，有助于在磁場幅度非常接近工作閾值的情況下避免快速輸出切換。

圖 1 兩位置開關

此功能可在許多領域中使用。在許多情況下，兩種輸出狀態就足夠了，這種操作非常適合防止機械磨損以及灰塵和油脂的干擾。有關此類解決方案的更多詳細信息，請參閱使用霍爾效應傳感器的兩態選擇器應用簡報。

多狀態位置傳感器

雖然許多系統只有兩個預期的檢測位置，但這一概念也可以納入其他狀態。簡要考慮一下具有三位電源開關的工具。它可能標有“Low”、“High”和“Off”等設置。在這里，單個傳感器不適合檢測所有三種狀態。乍一看，這可以通過為系統中的每個額外開關位置添加傳感器來解決。

使用單極開關時，此模式的設計非常簡單。磁體可以放置在足夠接近的空氣間隙處，以確保在磁體的南極朝向傳感器的情況下超過最壞情況下的工作點 B_OP Max。當磁體位于傳感器上方時，這會導致磁場矢量向上。如果磁體的行程寬度大于其自身寬度，磁場方向將向下，傳感器無法激活。只要傳感器間距超過磁體的全寬，就可以放置一組傳感器來創建任意數量的位置。

為了幫助選擇磁體，磁感應測距工具可幫助計算條形和圓柱形磁體中各種磁性材料的預期磁場。使用迎面或滑動配置，可以針對此應用快速優化空氣間隙和行程距離。

圖 2 使用兩個傳感器進行多位置檢測

當磁體移動時，通過檢查輸出可以立即清楚地看到哪個位置處于活動狀態。

雖然這對于少量位置似乎不是很方便，但隨著位置數量的增加，對構成部分的要求變得更加難以管理。有幾種方法可以通過減少元件數量來解決此問題。

雙極開關

具有雙單極開關的開關器件，例如 DRV5032DU（參見 DRV5032 超低功耗數字開關霍爾效應傳感器 數據表），有兩個獨立運行的輸出。每個輸出都對磁場的相反極性敏感，即一個傳感器在器件出現北極時響應，而另一個輸出在器件出現南極時響應。

使用類似這樣的器件，可以使用磁體定向檢測三個位置，如圖 1-3 所示：

圖 3 使用單個器件的三位置開關

檢查圖 1-4 中的磁場線，很明顯，對于中間位置，磁場與 PCB 表面平行。由于此傳感器的靈敏度方向上沒有元件，因此兩個輸出均未激活。然而，在磁體的任一肢體附近，磁場矢量變為垂直。當磁體位于左側位置時，N 極敏感輸出處于活動狀態；而當置于右側時，S 極敏感輸出激活。

圖 4 三位置開關的磁場

一般而言，這使用磁體很容易設計，磁體的長度是開關位置間行程長度的兩倍。在中心位置，磁場沒有垂直分量，兩個傳感器都未激活。磁體運動長度的一半移動會將任一磁極放置在傳感器正上方，其中有一個較大的垂直分量。同樣，在選擇磁體和確定機械功能時，磁感應測距工具也很有用。

如果需要三個以上的位置，可以通過放置一組彼此分開的傳感器來擴展此格式，從而創建更獨特的位置。使用這種方法時要小心，以確保獨特的輸出條件。由于使用多個器件，兩個輸出均處于非運行狀態的中心位置不能用于多個傳感器，否則會產生沖突。圖 1-5 顯示了兩個傳感器的輸入以及每個輸出受 B_OP Max 和 B_RP Min 限制的活動區域的示例。無法確定無陰影區域中的磁體位置。

圖 5 兩個傳感器輸入

旋轉位置

多位置感應的另一種格式是旋轉撥號盤，這可能是白色家電、音頻設備或電動工具的常見用戶控制。這可以通過將磁體的行程從線性路徑更改為電弧來實現。

圖 6 曲線多傳感器掃描

此解決方案的工作方式與之前介紹的擴展陣列類似。線性霍爾效應傳感器陣列設計 應用報告中提供了使用線性霍爾效應傳感器實現此目的的示例。

另一種獨特的旋轉配置可使用 TMAG5110A2 與標準徑向圓柱體磁體一起創建。如果放置在具有此磁體類型的軸上，則在一個完整旋轉過程中會出現四種不同的輸出條件。當超過每個輸入閾值或釋放點時，會觀察到四個獨特的輸出條件。

圖 7 TMAG5110 同軸

圖 8 同軸磁場輸入

有關使用 TMAG5110 進行多位置檢測的更多信息，請參閱增量旋轉編碼器 應用簡報。

線性傳感器

可以使用線性霍爾效應傳感器來實現最終方法。但是，要區分每個狀態，需要一種轉換模擬輸出電壓的方法。這可以通過數字邏輯或使用比較器定義輸出區域來完成。

線性傳感器能夠提供比三個固定位置更高的分辨率，通常更適合需要梯度輸出的滑動解決方案。有關此解決方案類型的更多詳細信息，請參閱使用線性霍爾效應傳感器跟蹤滑動位移 應用簡報。線性霍爾效應傳感器選項可在 TI.com 上找到。