【应用】Littelfuse霍尔效应传感器在轮齿感应，位置检测上的应用
LITTELFUSE的霍尔传感器依托固态磁感技术的优势，为客户提供各种数字，模拟和旋转/倾角传感器。广泛适用于速度和方向感应。下面介绍一些Littelfuse的磁性传感器和簧片开关等霍尔效应传感器的技术信息。
轮齿感应传感器：55075
Littelfuse推出的55075系列可靠的不锈钢螺纹圆柱形霍尔效应传感器，主要用于轮齿感应。在恶劣环境和汽车环境中发挥保护作用。最高可切换至27Vdc和20mA。提供3线（电压输出）型号，有各种灵敏度、电缆长度和连接器可供选择。最适合车轮、变速器和凸轮轴速度传感、轮齿传感器、旋转编码器、工业、商业和汽车应用。
图1 使用55075测试轮齿传感
Littelfuse推出的55075轮齿传感器是一种自调节数字输出轮齿速度传感器。传感器和轮齿间的传感距离受到许多因素的影响，包括轮齿的尺寸，轮齿的黑色金属的等级以及传感器与轮齿的对准。通常，较大的齿槽允许较大的传感气隙。为获得最佳性能，传感器应尽可能靠近目标。最理想的间隙应小于1mm。根据上图轮齿几何形状，传感器最大可感应2mm。
通过一个例子来说明轮齿传感器如何检测在磁铁与轮齿之间气隙的磁通变化：
W=4mm S =5mm T=6mm G=1.5mm H=4mm
对于轮齿尺寸较小的轮齿，传感间隙通常为0.5到1.0mm。一般情况下，应根据特定轮齿评估传感器。齿轮的齿或槽应以小角度切割，以便在轮齿经过传感器时最大限度地减少从金属到空气过渡的突然性。Littelfuse轮齿传感器的典型气隙在1-1.5mm之间。Littelfuse 55075包括一个用于灌电流输出的内部上拉电阻。
图2 根据磁通量显示齿峰齿谷位置
霍尔效应轮齿传感器利用霍尔元件来检测在磁铁与轮齿之间气隙的磁通变化，从而检测铁轮齿的速度和位置。对霍尔信号进行数字处理有几个优点。峰值检测、峰值保持和电平比较都是用数字方式完成的，最大霍尔信号对应最后一个齿峰，最小霍尔信号对应于最后一个齿谷，而没有像模拟信号那样的漂移，这创造了真正的零速自适应速度传感器。它不受定向要求的影响，可以跟随轮齿速度下降到停止运动，且会在接通电源后立即检测下一个轮齿的第一个边缘。为了用霍尔效应传感器检测通过的轮齿，必须提供一种磁能量源，可以采用设置永磁体的方法，使得磁化轴指向轮齿的表面。当轮齿在磁体表面移动时，磁通就会被铁钢结构提供的较低磁阻路径所吸引。当这种情况发生时，传感器和轮齿之间霍尔元件测量的磁通密度就会增加。
表1 55075轮齿传感器工作条件
表2 55075轮齿传感器电气特性（TA=-40-100°C,VDD=4.75-25.2V）
3线霍尔传感器：55100, 55110, 55140，55085
这些传感器采用CMOS技术，包括霍尔板，有源稳定电路，比较器和漏极开路输出。锁存传感器还包含比较器和输出之间的触发器。
大多数应用都需要一个用于灌电流输出的外部上拉电阻。电源电压和上拉电压不需要相同。可以使用从0V到24V标称值的任何上拉电压。上拉电阻器值仅受10uA以上的最大输出漏电流和最大推荐输出电流20mA的限制。
磁体的极性对霍尔传感器非常重要。锁存传感器需要一个南北磁极。传感器被南磁极激活(输出导线传导到地面)，被北磁极停用。非锁存“开关”传感器被南磁极激活。极点在传感器的顶部，即与平面安装侧相对的一侧。一些传感器，比如55085干簧霍尔效应传感器，传感器内置磁体。对于这些传感器，用黑色金属干簧来激活和停用传感器。
这种传感器系列采用斩波稳定器。在电源电压、温度和机械应力的变化上，这种特性提供了几乎恒定的磁特性。振荡的周期称为TOSC，只有几微秒(见规范)，传感器的数字输出可能延迟到这个数量级。由于斩波电路提供了良好的稳定性，所以这种非常小的延迟在大多数应用中是无关紧要的。
表3 3线霍尔传感器电气特性
模拟传感器：55100,55140
模拟霍尔传感器也使用CMOS技术。这些可以由Littelfuse或客户预先设置为客户要求的相对高斯值的输出电压。因为传感器是可编程的，所以磁场范围、灵敏度、输出电压范围、温度系数和其他特性的选项也是可用的。输出值以电源电压为参考（与电源电压成比例）。输出定义为电源开路，接地开路或电源过压/欠压接地或电源电压。在工作电压和温度范围内，传感器的总误差<2％。
电磁兼容性和静电放电
对于在供电线路上存在干扰或辐射干扰的应用场合，推荐使用串联电阻器和电容器。串联电阻和电容器应尽可能地靠近传感器。
图3 3线设备（电压输出）
图4 2线设备（电流输出）
3线霍尔传感器55100, 55110, 55140，55085系列特点
• 过电压保护 。为了保护霍尔传感器免受过压影响，添加了外部串联电阻。该串联电阻上的电压降随着电源电流的增加而增加。一个齐纳二极管与（外部）串联电阻组合用作钳位器件，将器件的电源电压限制为齐纳电压。
• 反向电压保护。 最大反向电压为-15V，且对于外部器件，这个值可以增加。
• 与所有固态半导体器件一样，霍尔传感器具有最大的工作结温。由于内部功率耗散和自热，在较高的供电电压下可能需要降低最大工作温度，以将结温限制在可接受的值。
• 对静电放电（ESD）敏感，有ESD预防措施。
总结
Littelfuse的55075系列霍尔效应传感器是不锈钢M12螺纹圆柱体旋转位置轮齿传感器，有较大的自调磁范围 ，具有一体式EMC保护，一体式短路/反向电压保护等安全性能，在恶劣环境和汽车环境中发挥保护作用，且有各种电缆长度和连接器可选，是轮齿感应应用的理想选择。
Littelfuse的55140系列，55110系列，55100系列，55085系列霍尔效应传感器具有体积小，寿命长，可选范围广，切换速度快，使用灵活的特点。可以广泛应用于位置和限位传感、旋转和流量检测、无刷直流电机换相以及角度传感和磁性编码等领域。
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