【導讀】傳統的開關具有許多功能，例如可以實現ON/OFF開關
，可以改變部件的運動方向，可以通過旋鈕的形式用角度做量程控製等等。 這些傳統的開關主要是機械方案
，成本很低，但機械結構件都會存在磨損問題
，頻繁使用會縮短係統的壽命。針對這類問題
， TI 的霍爾效應傳感器可以在許多開關應用中替代機械開關
，從而實現穩健的設計，與機械開關相比，係統壽命更長。

本應用文檔介紹了四種 TI 霍爾傳感器的開關解決方案。涵蓋了市麵上開關常用的ON/OFF功能，方向控製功能，旋轉控製功能，以及一些要求嚴格的係統方案。TIdehuoerchuanganqidechanpinguihuahenhaodefugailechuantongkaiguandejuedaduoshuleixing
，youliangdexingnenghejididechengbenyeyinlinglechuantongkaiguanyoujixiehuawangdianzihuazhuanbiandequshi。

Contents

1..... ON/OFF 開關的解決方案.................................................................................................................... 2

2..... 有方向選擇的開關方案........................................................................................................................ 2

3..... 旋轉開關的解決問題............................................................................................................................ 3

4..... 可靠性增強型的方案............................................................................................................................ 4

5..... 參考文獻.............................................................................................................................................. 8

Figures

Figure 1.        DRV5032 ON/OFF 解決方案........................................................................................... 2

Figure 2.        單芯片方向選擇的開關模型............................................................................................. 3

Figure 3.        雙芯片方向選擇的開關方案............................................................................................. 4

Figure 4.        旋轉開關的完整解決方案................................................................................................. 5

Figure 5.        可靠性增強型方案的模型................................................................................................. 5

Table

Table 1.         方向選擇的開關邏輯........................................................................................................ 2

1. ON/OFF開關的解決方案

大多數 ON/OFF 開關都是基於機械的。 機械開關用於許多應用
，包括工業、樓宇的自動化以及各種電器中。 即使這樣的解決方案具有許多優點，它仍然存在一些不足之處。 例如會限製係統的使用壽命。

如果係統對產品的使用壽命有要求或者提升的需求，那麼這類產品就可以考慮使用霍爾感應開關來替代原有的機械部件以實現這種ON/OFF開關的功能。 TI的明星產品DRV5032
，兼具了性能和低成本並且有單極霍爾效應開關和雙極霍爾效應開關。 DRV5032 器件是一款超低功耗數字開關霍爾效應傳感器，專為最緊湊和針對小型化和電池供電的係統設計的係統。該器件提供多個磁閾值、采樣率、輸出驅動器和封裝
，以適應各種應用。

下麵是霍爾感應開關的原理
， DRV5032 可ke根gen據ju磁ci鐵tie與yu霍huo爾er傳chuan感gan器qi的de距ju離li向xiang係xi統tong控kong製zhi單dan元yuan發fa出chu觸chu發fa信xin號hao。當dang施shi加jia的de磁ci通tong密mi度du超chao過guo操cao作zuo的de閾yu值zhi時shi，該gai設she備bei可ke以yi直zhi接jie輸shu出chu一yi個ge低di電dian壓ya，或huo通tong過guo開kai漏lou結jie構gou輸shu出chu配pei置zhi拉la至zhi低di電dian平ping狀zhuang態tai。 輸出會保持低電平狀態，直到磁通密度降低到小於閾值，然後輸出會變成高電平，或者高阻抗狀態。關於磁鐵的放置以及設計，TI的Application Report SLVAEH3 有詳細的介紹，可以作為參考來進行設計。DRV5032的閾值提供了3.9mT
，4.8mT，9.5mT，63mT四個版本。 芯片內部集成振蕩器電路

，並有兩個頻率版本可選。如果對采樣實時性要求高
，可以選擇20Hz版本，如果對功耗敏感，可以選擇5Hz版本。該器件在 1.65 V 至 5.5 V 的 VCC 範圍內工作

，擁有標準的 SOT-23
，TO-92 封裝以及更小的X2SON封裝。

Figure 1. DRV5032 ON/OFF 開關方案

2. 有方向選擇的開關方案

許多應用場景需要使用 3 位置開關來選擇電機的旋轉方向。 例如很多電器或者工控產品會需要一些電機實現正反轉的方向選擇
，主要分為電機的正向旋轉、反向旋轉還有待機狀態。 傳(chuan)統(tong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)主(zhu)要(yao)是(shi)基(ji)於(yu)接(jie)觸(chu)式(shi)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)實(shi)現(xian)的(de)，由(you)於(yu)多(duo)方(fang)向(xiang)摩(mo)擦(ca)或(huo)者(zhe)接(jie)觸(chu)的(de)原(yuan)因(yin)
，機(ji)械(xie)損(sun)耗(hao)會(hui)加(jia)劇(ju)。霍(huo)爾(er)感(gan)應(ying)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)以(yi)下(xia)方(fang)案(an)來(lai)實(shi)現(xian)三(san)個(ge)方(fang)向(xiang)的(de)選(xuan)擇(ze)。 由於 DRV5032 具有兩個單極輸出，可響應磁體的不同極性，因此隻需使用一個磁體和一個霍爾開關即可實現方向選擇。 它可以感應兩個不同方向的磁場。 這是隻有一個 DRV5032 的低成本解決方案。下麵是實現方式以及對應的選擇邏輯描述。

Figure 2. 單芯片方向選擇的開關模型

Table 1. 方向選擇的開關邏輯

Figure 3. 雙芯片方向選擇的開關方案

但是這個解決方案有一個設計難點。 taxuyaojianghuoerchuanganqianzhuangzaicitiedezhengzhongjiandeweizhiyiquebaozhunquedechufakongzhiluoji，zhezaidaguimoliangchandeshengchanzhongshigenandian，hennanquebaoshengchandeyizhixingwenti。guanyuzhezhongtongdian，lingyizhongfanganshiyongliangpianDRV5032去實現3位置控製。一片DRV5032對S極進行觸發
，另一片對對N極進行觸發。這樣

，就可以降低生產對磁鐵位置的苛刻要求
，降低了一致性的難度，從而實現三位置的控製邏輯。

3. 旋鈕開關的解決方案

市麵上還有很多開關是用角度或位置來進行控製的
，這就需要開關可以做旋轉等操作。傳統的機械結構為了使開關可以360度的旋轉會需要更複雜的結構件，這無疑是給成本和壽命帶來了更大的挑戰。 TI 的 3D 霍爾傳感器可以檢測三軸磁感應值並計算不同軸的角度值，進而可以幫助旋轉類型的開關實現控製。 TI的明星產品 TMAG5710 和 TMAG5273 都有適用於該應用的參考設計。TMAG5710的評估板設計了一個旋轉開關，旋鈕內部鑲嵌了一塊圓形的磁鐵，TMAG5710huiduicitiedexuanzhuanjinxingciganyingqiangdudejiance，jinerjiangxianxingdexinhaochuandigeikongzhidanyuan。kongzhidanyuankeyizhenduizhesanzhoudeciganyingzhijinxingjisuan，zuizhongdedaoxiangyingdejiaoduheweizhixinxi。

Figure 4. 旋轉開關的完整解決方案

此外，TI的3D霍爾傳感器還有相應的GUI軟件，配合著評估版可以直接在電腦端評估3D霍爾傳感器的性能。可視化界麵可以直接動態監測出對應的角度和磁感應強度。

4. 可靠性增強型的方案

有you些xie產chan品pin是shi需xu要yao過guo很hen多duo安an全quan認ren證zheng的de

，這zhe種zhong類lei型xing的de產chan品pin會hui對dui係xi統tong的de可ke靠kao性xing以yi及ji抗kang幹gan擾rao性xing有you很hen高gao的de要yao求qiu。因yin為wei霍huo爾er傳chuan感gan器qi在zai一yi定ding程cheng度du上shang都dou會hui受shou到dao外wai部bu磁ci場chang的de影ying響xiang，如ru果guo係xi統tong隻zhi使shi用yong單dan個ge或huo者zhe兩liang個ge霍huo爾er傳chuan感gan器qi
，這zhe樣yang的de係xi統tong是shi無wu法fa規gui避bi所suo有you的de外wai部bu幹gan擾rao的de。針zhen對dui這zhe個ge問wen題ti
，TI 有一套完整的解決方案。如下，兩片DRV5032可以配合磁鐵實現開關和方向控製功能。同時還有兩片DRV5032做信號檢測輔助係統識別外來的幹擾信號。當係統有這樣四個有效信號後，控製單元就可以充分的用邏輯判斷出絕大多數的風險， 進而實現了增強係統可靠性的功能。TI的參考設計TIDA-060032詳細的介紹了這套方案設計，可以根據係統需求進行參考。

同時方案中的線性霍爾傳感器DRV5056可以實現對磁鐵距離的線性監測並輸出一個線性信號給到控製單元，進而可以實現調速等控製功能。

Figure 5. 可靠性增強型方案的模型

5. 參考文獻

1. Designing Single and Multiple Position Switches Using TI Hall Effect Sensors (SLVAEH3)

2. DRV5032 Ultra-Low-Power Digital-Switch Hall Effect Sensor Data Sheet (SSLVSDC7E)

3. Contactless, Hall-Effect Variable-Speed Trigger Reference Design With External Field Protection (TIDA-060032)

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