Sensor

홀 효과 센서 계산기

홀 효과 센서의 홀 전압, 홀 계수 및 감도를 계산합니다.자기장 측정, 전류 감지 및 위치 감지에 유용합니다.

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공식

V_H = \frac{R_H \cdot I \cdot B}{t}, \quad R_H = \frac{1}{n \cdot e}

V_H— 홀 전압 (V)

R_H— 홀 계수 (m³/C)

I— 제어 전류 (A)

B— 자기 플럭스 밀도 (T)

t— 엘리먼트 두께 (m)

n— 전하 캐리어 밀도 (m⁻³)

e— 기본 요금 (1.602×10¹) (C)

작동 방식

이 계산기는 모터 제어 엔지니어, 위치 센서 설계자 및 전류 측정 시스템 개발자에게 필수적인 자기장 및 전류 파라미터로부터 홀 전압을 계산합니다.홀 효과는 자기장 B가 전류 I에 수직일 때 도체에 횡방향 전압을 생성합니다. 여기서 Rh는 홀 계수 (금속의 경우 1/ (n*e), 반도체에 따라 다름), n은 캐리어 밀도, e = 1.602176634e-19 C (정확한 SI), t는 재료 두께입니다.반도체의 경우 Vh = I* B/ (n* e* t) 이며 일반적으로 테슬라당 1-100mV를 생성합니다.안티몬화인듐 (InSb) 은 높은 전자 이동도 (NIST당 78,000cm^2/Vs) 로 인해 2.5mV/mT에서 가장 높은 감도를 제공하는 반면, 실리콘 센서는 +/-1000 mT에 걸쳐 +/ -1% 의 선형성을 제공합니다.통합 홀 IC (알레그로, 인피니언, 멜렉시스) 는 감지 요소를 신호 컨디셔닝과 결합하여 아날로그 출력 (20-40mV/mt), 디지털 PWM 또는 I2C/SPI 디지털 인터페이스를 제공합니다.온도 계수는 일반적으로 InSb의 경우 -0.04% /C, 실리콘의 경우 -0.06% /C이므로 AMS 센서 애플리케이션 노트에 따라 정밀 애플리케이션에 대한 보정이 필요합니다.

계산 예제

문제: Melexis MLX91208 선형 홀 IC를 사용하여 0-100A DC용 홀 효과 전류 센서를 설계하십시오.자기 회로는 100A에서 20mT를 제공합니다.ADC는 레퍼런스 3.3V의 12비트입니다.

해결 방법: 1.센서 감도: 50 mV/mt (MLX91208 데이터시트에서 가져온 것, 게인 50) 2.풀스케일 필드: 100A -> 0.2mT/a에서 B = 20mT 3.풀 스케일 출력: 전압 = 50 mV/mT * 20 mB = 1.0V (플러스 1.65V 대기 모드) 4.출력 범위: 1.65V (0A) ~ 2.65V (100A) ~ 0.65V (-100A 양방향) 5.ADC 해상도: 3.3V/4096 = 0.806 mV/LSB 6.전류 해상도: 0.806mV/50mV/mT/0.2mT/A = 80.6 mV/lSB 7.+/-50C에서의 온도 드리프트: 0.06% /C * 50C = 3% = 3A 풀 스케일 오차 8.대역폭: 120kHz (-3dB), 모터 제어 PWM 감지에 적합

결과: 20MT/100a 플럭스 컨센트레이터가 장착된 MLX91208 센서는 81mA 분해능을 달성합니다.온도 보정은 센서 데이터시트 알고리즘당 3% 의 드리프트를 0.5% 미만으로 줄입니다.

실용적인 팁

✓전류 감지의 경우 자기 집광기가 포함된 통합 홀 전류 센서 (Allegro ACS712, LEM HLSR) 를 사용하십시오. 이 센서는 ACS712 데이터시트당 총 정확도가 +/ -1.5% 인 66~185mV/a 감도를 제공합니다.
✓NIST 표준으로 추적 가능한 가우스미터를 사용하여 알려진 자기장 강도로 출력을 측정하여 보정하고, 25°C 및 극한 작동 온도에서 2포인트 교정을 사용하여 오프셋 및 게인 드리프트를 보정합니다.
✓열악한 환경에서의 위치 감지를 위해 SOIC-8 패키지의 홀 IC는 AEC-Q100 인증에 따라 -40 ~ +150C의 자동차 온도 범위를 견딥니다.

흔한 실수

✗캐리어 밀도 온도 의존성 무시: InSb 캐리어 농도가 3% /C 증가하여 감도가 떨어집니다. 보정되지 않은 홀 센서는 인피니언 애플리케이션 노트 AN-MRS 기준 -40~+85C 범위에서 2-5% 정도 표류합니다.
✗균일한 자기장 가정: 모서리 효과와 플럭스 누설은 유효 자기장을 10~ 30% 감소시킵니다. 암페어의 법칙에 기반한 이론적 계산이 아닌 실제 자기 회로를 사용하여 보정합니다.
✗잘못된 단위 변환: 가우스가 아닌 Tesla의 B (1T = 10,000G), I (암페어 단위: mm), 미터 단위의 t (볼트)단위를 혼동하면 1000배 오류가 발생합니다.

자주 묻는 질문

홀 효과 센서에 가장 적합한 재료는 무엇입니까?

안티몬화 인듐 (InSb) 은 가장 높은 감도 (2.5mV/mt, 전자 이동도 78,000cm^2/V-s) 를 제공하지만 +85C로 제한됩니다.갈륨 비소 (GaAs) 는 +150°C까지 작동 시 1.0mV/mT의 감도를 제공합니다.실리콘 기반 통합 센서는 Allegro 마이크로시스템즈에서 가장 저렴한 비용으로 +/ -1% 의 선형성, +150C 작동 및 통합 신호 컨디셔닝을 제공합니다.극저온 응용 분야의 경우 비스무트-안티몬 합금은 NIST 기술 노트 1297에 따르면 4K 미만으로 작동합니다.

온도는 홀 전압에 어떤 영향을 미칩니까?

캐리어 밀도 증가로 인해 온도에 따라 홀 전압이 감소합니다 (캐리어가 많을수록 홀 계수가 낮음).InSb 드리프트는 일반적으로 -0.04% /C, 실리콘 드리프트는 -0.06% /C입니다.100C 범위 이상에서는 4~ 6% 의 보정되지 않은 오류입니다.통합 홀 IC에는 온칩 온도 센서와 다항식 보정이 포함되어 있어 Melexis 및 Allegro 데이터시트에 따라 드리프트를 +/ -0.1% /C로 줄입니다.정밀 애플리케이션의 경우 외부 온도 측정 및 소프트웨어 보정을 통해 +/ -0.05% 의 정확도를 달성할 수 있습니다.