Obično u procesu upotrebe džojstika postoje dva načina za postizanje analognog izlaznog signala: oblik Holovog senzora i tip potenciometra.
1, Ovaj članak ima za cilj da razjasni osnovni princip implementacije Hall senzora, razlike, prednosti i nedostatke između 2D Hall i 3D Hall.
Definicija Hall efekta:
Hallov efekat je otkrio fizičar Hall 1879. godine. On definira odnos između magnetnog polja i induciranog napona. Ovaj efekat je potpuno drugačiji od tradicionalne elektromagnetne indukcije.
——Slika sa interneta
Kao što je gore prikazano, kada električna struja prolazi kroz provodnik koji se nalazi u magnetskom polju (zasjenjena površina), magnetsko polje vrši silu na elektrone u vodiču okomito na smjer kretanja elektrona, što rezultira razlikom potencijala u oba smjera okomito na provodnik i liniju magnetne induktivnosti.
Kada se magnetsko polje okomito na smjer struje primijeni na poluvodič, elektroni i rupe u poluvodiču će biti privučeni Lorentzovom silom u različitim smjerovima i agregirati u različitim smjerovima. Električno polje će se generisati između sakupljenih elektrona i rupa. Nakon što su sila električnog polja i Lorentzova sila izbalansirane, one se više neće agregirati. U ovom slučaju, električno polje će učiniti sljedeće elektrone i rupe podložnim sili električnog polja i uravnotežiti Lorentzovu silu koju generiše magnetsko polje, tako da naredni elektroni i rupe mogu proći nesmetano bez odstupanja, što je Hallov efekat . Razlika napona između dvije strane naziva se Holov napon.
Shematski dijagram
Elektron stvara razliku potencijala u magnetskom polju što rezultira Lorentzovom silom
Lorentzova sila F=qE plus qvB/c
Dakle, polje Hall
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Primjena Hall efekta:
Iako je Holov efekat otkriven ranije, bio je ograničen razvojem konstantnih magneta i elektronskih komponenti. Hall senzori su se prvi put pojavili oko 1970-ih.
Osnovni Hallov senzor je dizajniran kao visoko pouzdano integrirano kolo s Hallovim čipom pakovanjem čipa kola od silikonskog monokristalnog materijala u nepropusnu strukturu pakovanja.
Međutim, zbog problema sa dizajnom kola, Hallov čip koji se koristi po prvi put će proizvesti velike promjene napona zbog temperaturnog odstupanja, što se ne može primijeniti u stvarnom industrijskom okruženju.
Kasnije, do otprilike 1990-ih, neke kompanije, kao što je MLX, koristile su krugove temperaturne kompenzacije kako bi nadoknadile utjecaj temperaturnih parametara u formuli za proračun magnetnog polja, tako da se magnetsko polje ne mijenja s temperaturom. Štaviše, Hallov čip je realizovao programabilni rad, koji ne mora da prilagođava analogni izlaz koji je postavio Hall čip zahtevima upotrebe, i u velikoj meri proširuje scenario upotrebe i opseg Hall čipa.
Hall čip je počeo da se široko koristi u industrijskom i automobilskom okruženju, koristio se za procenu parametara pomaka i ugla rotacije i pretvarao ih u analogni izlaz.
Nakon kompanije MLX, mnogi proizvođači IC u zemlji i inostranstvu pridružili su se razvoju Hall čipa. Konvencionalni Hallov čip koji se sada koristi obično je napravljen od više Holovih čipova koji su superponirani radi prosuđivanja redundancije, što uvelike poboljšava rezoluciju i tačnost analognog izlaza.
Upotreba Halla u ručki:
Rane industrijske ručke postigle su analogni izlaz kroz rotirajuću strukturu ručke, koja je gurala metak da pokreće hidraulički ventil. Doći će do nedostataka u inteligentnom upravljanju i logičkom dizajnu, a hidraulički uređaj će neizbježno imati fenomen curenja ulja, koji se ne može koristiti na sceni sa visokim zahtjevima za nivo zagađenja ili na sceni koja zahtijeva čistu okolinu.
Hidraulička upotreba oblika metka
——Slika sa interneta
Hall je prvi upotrijebio Danfoss, njemački proizvođač u džojsticima. Njegovi glavni proizvodi su JS1, JS1000 i tako dalje.
Proizvođači Hall čipova se obično koriste u ručkama, uključujući MLX, TI, McGahn i tako dalje.
Postoje razlike između 2D ravni hale i 3D hale prema različitim metodama upotrebe.
Razlika između 2D dvorane i 3D dvorane:
Uobičajeno, upotreba Halla u ručki se dijeli na rotirajuću i pomičnu i zamašnu. Rotacioni tip je 2D Hall, a tip pomaka i zamaha je 3D Hall.
* Obratite pažnju na upotrebu magnetnog čelika:
Bez obzira na oblik hale, postoje dva kritična kontrolna zahtjeva za postizanje stabilnosti rada hale.
Prvi je razmak između magnetnog čelika i Hallovog centra, koji varira u zavisnosti od modela Hall čipova. Obično je oko 1~5 mm.
Drugi je veličina magnetizacije magnetnog čelika, prema Hallovom modelu čipa je različita, općenito u desetinama mT do stotinama mT.
Ako je bilo koji od dva parametra izvan opsega ili je odstupanje veliko, to će uzrokovati nestabilnost Hallovog čipa, što će rezultirati mutacijom izlaza ili izlaznom devijacijom.
Osim toga, općenito, magnetni čelik neće uzrokovati devijaciju izlaza zbog demagnetizacije tijekom dugotrajne upotrebe, a njegov ključni parametar je koercitivnost magnetnog čelika. Koercitivnost se odnosi na intenzitet magnetne indukcije B koji se ne vraća na nulu kada se vanjsko magnetsko polje vrati na nulu nakon magnetizacije zasićenja magnetnih materijala. Samo dodavanjem magnetnog polja određene veličine u suprotnom smjeru od izvornog polja magnetizacije, intenzitet magnetske indukcije može se vratiti na nulu, što se naziva koercitivno magnetsko polje ili koercitivna sila.
Općenito, koercitivnost magnetnog čelika zahtijeva Hcb veću ili jednaku 850KA/m; Intrinzična koercitivnost Hcj Veća ili jednaka 955KA/m. Glavni faktor koji utiče je materijal od magnetnog čelika. Općenito, koercitivnost feritnog materijala je mala, što će dovesti do demagnetizacije magnetnog čelika dugo vremena. A koercitivnost NdFeb materijala je veća, obično nedugotrajna visoka temperatura (iznad 60 ~ 80 stepeni) u uslovima upotrebe, upotreba od oko pet do deset godina je više nego dovoljna.
Magnetni čelik koji se koristi za ručku je obično magnetni čelik N35 Ndfeb.
Ostali kontrolirani elementi magnetnog čelika su remanencija Br i proizvod maksimalnog magnetskog energenta BH(max).
1. Rotacioni tip:
Rotary Hall se obično postavlja u centar ose rotacije, a smjer magnetizacije je radijalan. Kada se osovina ručke okrene, nastaje Hallov napon zbog promjene magnetskog fluksa kroz Hall senzor.
Prednosti ove metode upotrebe su:
1. Dobra simetrija napona;
2. Niska poteškoća realizacije;
3. U slučaju ručke s dvostrukom osovinom, interferencija XY ose je mala;
4. Jednoosna ručka zauzima manje prostora.
5. Niska poteškoća magnetizacije.
6. Ugao rotacije može biti veliki (manji od 360 stepeni)
Nedostaci su:
1. Kada se realizuje dvoosna ručka, ona treba da zauzima relativno veliki prostor;
2. Mora se koristiti u centru rotacije.
Vrsta rotacije
1. Formula pomaka:
Obično je korištenje pomaka također korištenje 3D Halla, kao što je prvi čip MT1531 zastave. Obično je smjer magnetizacije radijalan. Na taj način čelik magnetnog polja bi trebao imati magnetni fluks od 0mT u središnjoj tački, što je maksimalno na obje strane. Kada se magnetni čelik magnetizira na ovaj način, potrebno je imati zahtjeve za ujednačenost magnetizacije na obje strane trakastog magnetskog čelika ili zakrivljenog magnetnog čelika. Ako je veličina magneta drugačija, raspodjela magnetnog fluksa će biti neravnomjerna, što će rezultirati linearnim odstupanjem izlaza na obje strane kada se drška potrese.
Prednosti:
1. Struktura je jednostavna i cijena hale pomjeranja je niska;
2. Bolja je strukturna faza magnetnog čelika koju je teško postaviti u centar rotacije;
3. Fleksibilna struktura, može učiniti više varijanti strukture.
Nedostaci:
1. Magnetnom čeliku je potrebna simetrija magnetiziranja;
2. Generalno, vrlo je teško ostvariti linearnu simetriju formule pomaka;
3. Ugao rotacije ne bi trebao biti prevelik; (obično ne prelazi 40 stepeni)
——Slika iz MLX90333 specifikacije
1. Vrsta ljuljačke:
Oscilirajuća hala je uobičajena realizacija biaksijalne hale. Ostvaruje dvoosni ili čak višeosni izlaz jednog čipa superponiranjem više Hallovih čipova na Hall senzor.
Obično je smjer magnetizacije magnetskog čelika aksijalna magnetizacija, a aksijalna magnetizacija kružnog magnetskog čelika uvelike će smanjiti poteškoće magnetizacije.
——Slika iz MLX90333 specifikacije
Za Holove senzore, iako je jedan 3D čip skuplji od 2D čipa, trošak implementacije biaksijalnog izlaza je relativno niži od korišćenja dva 2D čipa.
Prednosti:
1. Magnetni čelik ima nisku poteškoću s magnetizacijom. Niska poteškoća pri montaži;
2. Biaksijalni trošak realizacije je nizak;
3. Horizontalni prostor drške je manje zauzet;
Nedostaci:
1. Zahtjev za pomakom za Hall patch je relativno visok, a zahtjev za pomakom SMT-a općenito nije veći od 1/2 stope zavarivanja; U suprotnom, doći će do velikih biaksijalnih smetnji (to jest, kada se gura jedna os, druga os ima izlazne fluktuacije, 3D Hall ne može izbjeći biaksijalne smetnje, ali općenito se unutar raspona izlaznog odstupanja smatra kvalifikovanim)
2. Trošak postizanja jednoosnog izlaza će biti veći;
3. Ugao rotacije je manji od tipa pomaka (uglavnom ne veći od 30 stepeni);
HJ8 ručka Shanghai Chen Gong Electric Control koristi 3D dvoranu MLX90333.
Ii. Faktori koji utiču na devijaciju Holovog izlaza:
Uopšteno govoreći, faktori koji utiču na Holov izlazni napon su uglavnom sledeći razlozi. Uopšteno govoreći, pošto se čip rijetko pokvari, uzroci devijacije izlaznog napona se uglavnom analiziraju iz promjena magnetnog fluksa:
1. Promjene u magnetnom fluksu uzrokovane magnetnim čelikom:
Magnetski čelik će promijeniti magnetni tok, a time i izlazni napon zbog različitih razloga, kao što su:
A. Loša zaštita dovodi do adsorpcije željeznog praha na magnetni čelik, što rezultira promjenom magnetnog fluksa.
B. Nepravilno fiksiranje magnetnog čelika dovodi do labavljenja magnetnog čelika;
C. Skrivene pukotine postoje kada je magnetni čelik zakivan ili fiksiran, što može dovesti do pukotina i promjena magnetnog fluksa nakon visoke i niske temperature.
Načini za izbjegavanje:
Ove faktore treba analizirati i pratiti mjere poboljšanja u FEMA dizajnu i procesu.
2. Promjene magnetskog toka uzrokovane vanjskim uzrocima:
Općenito, magnetni tok kroz Hallov čip se mijenja zbog fluktuacija kola uzrokovanih vanjskim magnetskim poljem ili utjecajem napona, što utječe na izlaz.
Načini za izbjegavanje:
Proveden je EMC test, a shield shield je korišćen za povećanje zaštite Hall čipa.
3. Odstupanje izlaza uzrokovano mehaničkom strukturom:
Nakon dugotrajne upotrebe, povećanje mehaničkog zazora dovodi do povećanja izlaznog odstupanja.
Načini za izbjegavanje:
Optimizirajte konstrukcijski dizajn.
4. Neregulisano napajanje eksternog ulaznog napona:
Uopšteno govoreći, nominalni Hallov ulazni napon proizvođača Hallove ručke je 5.0Vdc±0.5V, ali u praksi se ovaj napon odnosi na napon koji pokreće Hall senzor. Ako je izlazni napon kalibracije 0.5~2.5V~4.5V izlaz, ulazni 5.5V napon, tada će srednji izlazni napon biti 2.75V, izvan raspona srednjih zahtjeva. Stoga se kupcima općenito kaže da koriste regulirano napajanje. Devijacija napajanja je generalno ±0.2V sa uslovima u najboljem opsegu od ±0.1V.