集成开关型霍尔传感器在汽车发动机启动按钮中的应用.docVIP

普通物理实验C 课程论文 题 目 集成开关型霍尔传感器在汽车发动机启动按钮中的应用 学 院 物理科学与技术学院　电子信息工程学院 专 业 物理学（师范） 年 级 2011级 学 号 222011315231243 姓 名 王黎阳 指导教师 雷衍涟 论文成绩 ____________________________________ 答辩成绩 ____________________________________ 2012年12月13日 集成开关型霍尔传感器在汽车发动机启动按钮中的应用 王黎阳 西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715 摘要：为了解决传统钥匙式按钮开关启动汽车发动机稳定性差、不方便、容易发生机械故障等问题，设计了一种利用集成开关型霍尔传感器制成的启动式按钮开关，并采用磁极正对霍尔传感器接近启动的启动方式以及单极磁场的磁输入方式，以A44E型霍尔开关为例应用于启动汽车发动机，实现了方便、快速、美观、成本低、性能稳定、可靠性高等特点。 关键词：按钮开关；集成开关型霍尔传感器；A44E型霍尔开关；汽车发动机启动； 1　引言 按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。按钮开关的结构种类很多，可完成启动、停止、正反转、变速以及互锁等基本控制。而在启动汽车发动机时，传统的钥匙式按钮开关操作复杂，需要钥匙这一开启工具，且容易造成机械故障。 本文运用集成开关型霍尔传感器设计了一种新型启动式按钮开关，采用磁极正对霍尔传感器接近启动的启动方式以及单极磁场的磁输入方式，并以A44E型霍尔开关为例介绍它在汽车发动机启动时的应用，以实现方便、快速、准确、安全、美观等特点。 2　集成开关型霍尔传感器 2.1　集成霍尔开关的工作原理 集成霍尔传感器是在制造硅集成电路的同时，在硅片上制造具有传感器功能的霍尔效应器件，因而使集成电路具有对磁场敏感的特性。集成开关型霍尔传感器是把霍尔器件的输出电压经过一定的阀值甄别处理和放大，而输出一个高电平或低电平的数字信号[1]。 如图1所示，集成霍尔开关是由稳压器A、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）B、差分放大法器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。1,2,3代表集成霍尔开关的三个引出端点。 图1 传感器结构原理图 在输入端输入电压VC，经稳压器稳压后加载霍尔电势发生器两端。根据霍尔效应原理，当霍尔片处于磁场中时，在垂直磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会有一个霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后，送至施密特触发器，由触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到“工作点”（即BOP）时，触发器输出高电压（相对于低电位），使三极管导通，此时，OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”（即ＢRP）时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这时称其为“关”态。这样两次高低电压变换，使霍尔开关完成一次开关动作。常见的霍尔开关有UGN3109、A44E和US5881[2]。 2.2　集成霍尔开关的输入特性 传感器的磁输入基本有三种情况：单极磁场、双极磁场和交变磁场 [3]。本文中主要应用单极磁场，即施加磁场的方式是改变磁铁和集成霍尔开关之间的距离。通过移动改变二者距离时，移动方向在磁铁与霍尔开关的轴心线方向上。当磁铁和霍尔开关移近到一定位置，霍尔开关接通，二者移开一定距离后，霍尔开关断开。特性测量结果因磁铁形状和大小的不同而不同。 2.3　集成霍尔开关的输出特性 开关型霍尔传感器的特性如图2所示。其中，BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。 图2 输出特性 当外加的磁感应强度超过工作点BOP时，传感器输出低电平；当磁感应强度降到工作点BOP以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。BOP和BRP之间的滞后使开关输出稳定可靠，这也就是集成开关型霍尔传感器的优良特性之一[4]。 2.4　集成霍尔开关的启动方式 集成霍尔开关的启动方式一般分为3种[5]： 磁极正对霍尔传感器接近启动。当磁极正对传感器接近时，典型的启动场强为20～40mT，或者有8～12mm的间距。 磁极侧向经过霍尔传感器启动。当磁极侧