Odkryj fascynujący świat czujników Halla

GoChip – ekspert w dziedzinie czujników Halla

Założona w 2010 r., firma GoChip Microelectronics z główną siedzibą w Szanghaju specjalizuje się w układach scalonych czujników, szczególnie w oparciu o efekt Halla. Produkty obejmują różnego typu czujniki Halla, sterowniki silników z wbudowanym czujnikiem Halla, a także kontrolery czujników indukcyjnych. Jest to dynamicznie rozwijający się producent z mocnym ukierunkowaniem na branżę automotive, ale również z obecnością w automatyce i elektronice konsumenckiej. Firma posiada ponad 10 lat doświadczenia w projektowaniu układów półprzewodnikowych dla motoryzacji i kładzie silny nacisk na rozwój nowych produktów i technologii. Motto firmy brzmi „Rozwijaj się i przekraczaj oczekiwania”, a celem strategicznym jest budowanie pozycji jako jednego z kluczowych graczy rynku półprzewodników w Chinach.

Zjawisko Halla – co to jest i dlaczego jest tak ważne?

Zjawisko Halla to efekt fizyczny polegający na powstawaniu napięcia w materiale przewodzącym prąd pod wpływem pola magnetycznego. Jest to tzw. napięcie Halla, czyli mierzalny sygnał proporcjonalny do natężenia pola magnetycznego. Zjawisko Halla to fundament wszystkich czujników Halla służących do detekcji pola magnetycznego, położenia, prędkości obrotowej czy prądu. Obejmuje ono szerokie spektrum zastosowań – od mikroskopijnych sensorów w smartfonach po duże systemy w pojazdach elektrycznych. Główne jego zalety to:

• Bezstykowe pomiary – brak zużycia mechanicznego w porównaniu z potencjometrami, mikroprzełącznikami
• Odporność na kurz i brud – świetnie sprawdza się w motoryzacji i przemyśle.
• Możliwość miniaturyzacji – łatwe do integracji w układach scalonych.

Przegląd produktów GoChip Microelectronics

Czujniki Halla

GH39 i GH1321 to liniowe (analogowe) czujniki Halla, w których napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego, a więc mogą wykrywać zmiany natężenia pola w sposób ciągły. Można więc mierzyć nie tylko obecność, ale i siłę oraz kierunek pola. Charakteryzują się wysoką dokładnością, czułością i stabilnością temperaturową. Mogą znaleźć zastosowanie w aplikacjach takich jak czujniki ruchu, czujniki zbliżeniowe, czujniki poziomu cieczy, czujniki prądu, sterowanie silnikami (pomiar obrotów i położenia).

GH43F, GH1210 oraz GH1248 (SOT23) / GH1248 (TO92S) to z kolei cyfrowe czujniki Halla (przełączniki on/off), które wykrywają jedynie obecność lub brak pola magnetycznego. GH43F i GH1210 to czujniki unipolarne (jednobiegunowe), czyli reagujące tylko na jeden biegun magnesu, zaś GH1248 to czujnik omnipolarny czyli reagujący na dowolny biegun. Czujniki unipolarne są stosowane tam, gdzie ważne jest wykrywanie konkretnego biegunowego kierunku pola magnetycznego – zwykle południowego (S), rzadziej północnego (N). Omnipolarne czujniki są bardziej uniwersalne – wykrywają dowolny biegun, co czyni je bardzo wygodnymi tam, gdzie liczy się tylko obecność pola, a nie jego kierunek. Typowe zastosowania to: czujniki krańcowe, detektory drzwi / okien czy proste liczniki obrotów.

GH2101 to z kolei czujnik cyfrowy on/off typu zatrzaskowego tzn. taki, który zmienia swój stan wyjściowy, gdy pole magnetyczne przekroczy określony próg dodatni (Brp=80GS) i pozostaje w tym stanie, dopóki nie zostanie wystawiony na pole przeciwne, które przekroczy drugi próg (Brp=-80GS). Zatrzask zapamiętuje, że magnes już przeszedł próg i nie zmieni stanu, dopóki nie pojawi się przeciwny biegun. Dlatego jest idealny w środowisku z wibracjami i zakłóceniami, typowym w motoryzacji oraz głównie tam, gdzie potrzebna jest informacja o pozycji magnesu, a sygnał musi być stabilny i niezależny od chwilowych wahań pola. Przykładowe zastosowania w branży motoryzacyjnej to: wykrywanie pozycji silnika fotela, inteligentny kokpit – wykrywanie kąta obrotu np. gałki / pokrętła, czujnik podnośnika szyb, czujnik szyberdachu / klapy bagażnika.

Jest zgodny z normą automotive AEC-Q100.

GH1922 oraz GH1820 to różnicowe czujniki Halla, czyli integrujące w sobie dwa elementy Halla umieszczone blisko siebie na jednym chipie. Taki układ mierzy różnicę sygnałów z tych dwóch punktów, zamiast absolutnego pola magnetycznego. Dzięki temu eliminuje się wpływ jednolitego pola magnetycznego w tle np. ziemskiego pola magnetycznego albo zakłóceń od sąsiednich elementów i układ reaguje tylko na zmiany pola wytwarzane przez pobliski magnes. Główne zalety takiego rozwiązania to: minimalizacja wpływu dryftu temperaturowego, ograniczenie wpływu rozrzutów procesu produkcyjnego, odporność na pola magnetyczne tła, duża dokładność i niezawodność. Połączenie tych cech daje w praktyce: wyższą czułość, bardziej powtarzalne wyniki, mniejszą podatność na szumy, pewniejsze działanie w trudnym środowisku. Są to inteligentniejsze czujniki, które nie reagują na zakłócenia wspólne takie jak temperatura, pole tła albo rozrzuty produkcyjne, tylko na realny sygnał z magnesu. Są wybierane tam, gdzie precyzja i niezawodność są absolutnie krytyczne i gdzie zwykłe czujniki cyfrowe albo zatrzaskowe mogą okazać się zawodne. GH1922 posiada jeden kanał wyjściowy, natomiast GH1820 – dwa kanały.

GH1817 to tzw. „geared Hall sensor” czyli specjalizowany wariant czujnika Halla zaprojektowany tak, by wykrywać przemieszczanie się zębów i szczelin koła zębatego, a więc służy głównie do pomiaru jego prędkości obrotowej. Tego typu czujnik współpracuje z magnesem umieszczonym tuż za chipem sensora i dzięki wbudowanym algorytmom adaptacyjnym sam dopasowuje się do zakresu pola magnetycznego generowanego przez ten magnes. Czujnik potrafi wykryć obecność lub brak zęba nawet gdy koło stoi (zero rpm), a więc umożliwia pełną detekcję prędkości od zera aż do bardzo wysokich obrotów. Stanowi to dużą przewagę nad klasycznymi czujnikami indukcyjnymi, które generują sygnał proporcjonalny do prędkości i nie działają przy bardzo niskich prędkościach ani przy zerowej prędkości. Dzięki logice adaptacyjnej nie jest wymagane precyzyjne ustawienie czujnika względem koła zębatego. W praktyce oznacza to większą tolerancję montażową oraz odporność na lekkie przesunięcia mechaniczne w czasie eksploatacji.

Tabela 1. Zestawienie czujników Halla GoChip

Sterowniki silników z wbudowanym czujnikiem Halla

Oprócz samych czujników Halla, firma GoChip oferuje układy, które łączą w sobie czujnik Halla oraz układ sterowania silników BLDC.

GH477 to zintegrowany sterownik jednofazowych silników BLDC, zaprojektowany głównie do wentylatorów i mikrosilników niskiej mocy (12V/350mA). Łączy w sobie w jednej strukturze czujnik Halla o wysokiej czułości, układ logiki komutacji oraz driver prądowy zdolny do bezpośredniego wysterowania uzwojenia. Driver wyjściowy pracuje w konfiguracji pełnego mostka zapewniając wyższą sprawność w porównaniu z prostszymi topologiami półmostkowymi. Układ wymaga minimalnej liczby elementów zewnętrznych, dzięki temu PCB jest kompaktowe, a cały napęd tani i niezawodny. Posiada wbudowane zabezpieczenie chroniące układ przed odwrotnym podłączeniem zasilania (Reverse Power Protection, RPP) a także zabezpieczenie termiczne. Ze względu na integrację sensora Halla, GH477 dobrze nadaje się do bardzo małych modułów napędowych oraz w aplikacjach z ograniczoną przestrzenią na elektronikę np. mini wiatraki w urządzeniach gospodarstwa domowego czy silniki w sprzęcie medycznym.

GH4112 to układ zbliżony do GH477, ale cechuje się jeszcze dodatkowo automatyczną ochroną przed zablokowaniem wirnika (Locked Rotor Protection, LRP) oraz funkcją samoczynnego restartu. Gdy silnik BLDC zostanie zatrzymany mechanicznie (np. wentylator jest zablokowany kurzem, przeszkodą lub palcem), uzwojenie zaczyna pobierać bardzo duży prąd. Taki stan grozi przegrzaniem uzwojenia, uszkodzeniem drivera prądowego i pogorszeniem żywotności układu. GH4112 wykrywa ten stan i odłącza zasilanie cewki chroniąc układ i silnik. Układ nie pozostaje wyłączony na stałe po wykryciu blokady. Po pewnym czasie driver automatycznie podejmuje ponowną próbę uruchomienia silnika. Jeśli wirnik nadal jest zablokowany, ochrona aktywuje się ponownie. Jeśli przeszkoda została usunięta, silnik normalnie startuje i pracuje dalej.

GH466 to także sterownik z ochroną przed blokadą wirnika i funkcją autorestartu, ale o dopuszczalnym prądzie wyjściowym 600mA, a więc GH466 nadaje się do sterowania silnikami lub wiatrakami o wyższej mocy.

GH4212 to sterownik o napięciu pracy 24V a więc może być stosowany w wentylatorach 24V np. w sprzęcie przemysłowym, serwerach, automotive. Posiada komplet zabezpieczeń: termiczne, przed odwrotnym połączeniem zasilania oraz przed blokadą silnika + autorestart.

GH381 to układ scalony zawierający czujnik Halla, logikę komutacji oraz driver tranzystorowy, przeznaczony do dwufazowych silników BLDC czyli np. do wentylatorów chłodzących w komputerach i automotive, gdzie stosuje się dwie cewki uzwojenia. Wyjścia są komplementarne – każde uzwojenie otrzymuje sygnał w przeciwnych fazach, co umożliwia skuteczną i bezpieczną komutację. GH381 ma przewagę tam, gdzie stosuje się większe, dwufazowe wentylatory BLDC – daje stabilniejsze sterowanie, mniejsze wibracje i lepszą wydajność chłodzenia. Posiada także pełny pakiet funkcji ochronnych: termiczne, LRP, RPP.

Tabela 2. Zestawienie sterowników silnikowych z wbudowanym czujnikiem Halla firmy Gochip.

Czujnik indukcyjny

Ofertę uzupełnia układ GC5505 – dedykowany układ sterujący do indukcyjnych czujników zbliżeniowych. Do układu GC5505 dołącza się zewnętrzną cewkę i kondensator, które tworzą obwód rezonansowy LC i w ten sposób otrzymujemy już kompletny czujnik indukcyjny. Jeśli w pobliżu pojawi się obiekt metalowy, zmienia się amplituda oscylacji w obwodzie LC, zaś układ GC5505 dokonuje detekcji tej zmiany. Wbudowane obwody wzmacniają i formują przebieg, eliminując szumy i zniekształcenia, a następnie układ dokonuje detekcji progu – przekształca sygnał indukcyjny na wyraźny sygnał cyfrowy, który może być bezpośrednio podany do mikrokontrolera albo układu sterującego silnikiem.

Podstawowe właściwości układu GC5505 to:

• Szeroki zakres zasilania: 4.0~40 V
• Bardzo niski pobór prądu: < 0.7 mA – idealny do aplikacji energooszczędnych i długotrwałej pracy
• Zintegrowany stopień wyjściowy: do 70 mA – możliwość bezpośredniego sterowania obciążeniami
• Wysoka odporność na zakłócenia – stabilna praca w trudnym środowisku (silniki, linie przemysłowe, automotive)
• Dostosowany do 2-przewodowych czujników zbliżeniowych AC
• Kompensacja temperaturowa – układ kompensuje zmiany parametrów cewki przy różnych temperaturach, co stabilizuje próg detekcji
• Zabezpieczenia: przed zwarciem, przeciążeniem, przegrzaniem – wysoka niezawodność w środowisku przemysłowym.
• Zakres temperatur pracy: –25~+85°C

Micros – ekspert w dziedzinie chińskich producentów półprzewodników

Obok szerokiej oferty produktów renomowanych światowych marek, Micros wyróżnia się także dużym doświadczeniem w pozyskiwaniu komponentów pochodzących od chińskich producentów półprzewodników – zarówno popularnych, jak i specjalistycznych. Obecnie obserwujemy długofalowy trend: producenci z Chin systematycznie zwiększają swoje znaczenie na światowym rynku półprzewodników, oferują coraz bardziej zaawansowane technologicznie komponenty. Choć proces ten zachodzi stopniowo i jest rozłożony w czasie, wszystko wskazuje na to, że w wielu segmentach będą oni stopniowo wypierać znane marki poprzez konkurencyjność cenową, krótsze terminy dostaw, rosnącą jakość produkcji i dokumentacji technicznej, czy większą elastyczność w odpowiedzi na potrzeby rynku. Jeszcze dekadę temu ich obecność była ograniczona głównie do prostych tranzystorów czy diod, dziś jednak coraz częściej dostarczają zaawansowane produkty, które z powodzeniem zastępują komponenty takich marek jak ON Semiconductor, ST Microelectronics, Vishay, Diodes, Analog Devices czy Texas Instruments. Coraz więcej firm projektujących elektronikę rozważa wdrażanie chińskich zamienników zamiast znanych, zachodnich marek, szczególnie tam, gdzie liczy się czas dostawy i presja kosztowa.

Firma Micros jest autoryzowanym przedstawicielem GOCHIP, co potwierdza certyfikat producenta.