ホール素子

ホール素子は、ホール効果(Hall Effect)を応用した磁気センサーです。磁界の強さに応じた電気信号を出力します。DCBLモーターのロータ位置や回転速度の検出、アクチュエーターのリニア位置検出等に使用します。AKMは、使用目的に応じてさまざまな素材の化合物半導体ホール素子製品をラインアップしています。

ラインアップ

ラインアップ

各シリーズについて

シリーズHW・HSシリーズHQシリーズHGシリーズHZシリーズ
材質InSb (超高感度)InAs (高感度)GaAs (低ドリフト)
特長超高感度高感度と低消費電流を同時に実現
良好な温度特性
良好な温度特性
出力がリニア
良好な温度特性
出力がリニア
用途モーター駆動に最適バッテリー駆動の携帯機器に最適
車載対応

製品カタログはこちら

GaAs (低ドリフト)ホール素子
HGシリーズ

Part# Data
Sheet
Automotive
qualified
Package
Size
Package Oper.
Temp.
Input
Resistance
Output
Resistance
Output Hall
Voltage[@ 50mT, 6V]
Offset
Voltage[@ 6V]
Output Hall
Voltage[@ 50mT, 5mA]
Offset
Voltage[@ 5mA]





Ω Ω mV mV mV mV
   
HG-07111.2×0.5×0.34-SON-40 to 125650 to 850650 to 85055 to 75-11 to +11
HG-07121.2×0.5×0.34-SON-40 to 125450 to 7501000 to 200075 to 95-16 to +16
HG-07131.2×0.5×0.34-SON-40 to 1251000 to 15001800 to 300078 to 102-8 to +8
HG-07141.2×0.5×0.34-SON-40 to 1251600 to 24003200 to 480078 to 102-8 to +8
HG-07151.2×0.5×0.34-SON-40 to 1252200 to 32004400 to 640080 to 110-8 to +8
HG-08111.6×0.8×0.384-SON-40 to 125650 to 850650 to 85055 to 75-11 to +11
HG-08121.6×0.8×0.384-SON-40 to 125450 to 7501000 to 200075 to 95-16 to +16
HG-08131.6×0.8×0.384-SON-40 to 1251000 to 15001800 to 300078 to 102-8 to +8
HG-08141.6×0.8×0.384-SON-40 to 1251600 to 24003200 to 480078 to 102-8 to +8
HG-08151.6×0.8×0.384-SON-40 to 1252200 to 32004400 to 640080 to 110-8 to +8
HG-106A2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 125450 to 7501000 to 200075 to 95-16 to +16
HG-106C2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 125650 to 850650 to 85055 to 75-11 to +11
HG-106C-2U2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 125650 to 850650 to 85055 to 75-11 to +11
HG-116CYes2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 125650 to 850650 to 85034 to 52-7 to +7
HG-116SYes2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 125450 to 7501000 to 200030 to 56-8 to +8
HG-166A2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 1251000 to 15001800 to 300078 to 102-8 to +8
HG-166A-2U2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 1251000 to 15001800 to 300078 to 102-8 to +8
HG-176A2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 1251600 to 24003200 to 480078 to 102-8 to +8
HG-186A2.5×1.5×0.64-SOP-40 to 1252200 to 32004400 to 640080 to 110-8 to +8
HG-302C2.35×2.7×0.954-SIP-40 to 125650 to 850650 to 85055 to 75-11 to +11
HG-302SYes2.35×2.7×0.954-SIP-40 to 125450 to 7501000 to 200075 to 95-16 to +16
HG-362A2.35×2.7×0.954-SIP-40 to 1251000 to 15001800 to 300078 to 102-8 to +8
HG-372A2.35×2.7×0.954-SIP-40 to 1251600 to 24003200 to 480078 to 102-8 to +8

InAs (高感度)ホール素子
HQシリーズ

Part# Data
Sheet
Automotive
qualified
Package
Size
Package Oper.
Temp.
Input
Resistance
Output
Resistance
Output Hall
Voltage[@ 50mT, 3V]
Offset
Voltage[@ 3V]
Output Hall
Voltage[@ 50mT, 5mA]
Offset
Voltage[@ 5mA]





Ω Ω mV mV mV mV
   
HQ-02212.0×1.25×0.64-SON-40 to 125370 to 570750 to 115090 to 130-6 to +6
HQ-02222.0×1.25×0.64-SON-40 to 125370 to 570750 to 115090 to 130-6 to +6
HQ-08111.6×0.8×0.384-SON-40 to 125750 to 1150750 to 115090 to 130-6 to +6
HQ-82205.0×6.2×1.0TSSOP-40 to 125750 to 1150750 to 115090 to 130-6 to +6

InSb (超高感度)ホール素子
HWシリーズ・HSシリーズ

Part# Data
Sheet
Automotive
qualified
Package
Size
Package Oper.
Temp.
Input
Resistance
Output
Resistance
Output Hall
Voltage[@ 50mT, 1V]
Classification of Output Hall Voltage Offset
Voltage[@ 1V]





Ω Ω mV   mV
   
HS-01111.6×0.8×0.454-SON-40 to 110260 to 410260 to 41052 to 67-6 to +6
HW-101A2.9×2.9×1.14-SOP-40 to 110240 to 550240 to 550168 to 370C,D,E,F,G-7 to +7
HW-101A-4T3.9×2.9×1.14-SOP-40 to 110240 to 550240 to 550168 to 370C,D,E,F,G-7 to +7
HW-102A2.9×3.1×2.054-SOP-40 to 110250 to 450250 to 450196 to 370D,E,F,G-7 to +7
HW-105A2.1×2.1×0.554-SOP-40 to 110250 to 450250 to 450168 to 274C,D,E-10 to +10
HW-105C2.1×2.1×0.554-SOP-40 to 110250 to 450250 to 45041 to 74Q,R-7 to +7
HW-108A2.1×2.1×0.84-SOP-40 to 110250 to 450250 to 450168 to 320C,D,E,F-7 to +7
HW-300B2.9×2.7×1.654-SIP-40 to 110240 to 550240 to 550144 to 370B,C,D,E,F-7 to +7
HW-322B2.35×2.7×0.954-SIP-40 to 110240 to 550240 to 550228 to 370E,F,G-7 to +7

技術情報

技術情報

ホール素子の概要

ホール素子とは?

ホール素子は、ホール効果を利用した磁気センサーです。磁石の発生する磁界や電流の発生する磁界を電気信号に変換し出力します。ホール素子はホール効果(Hall Effect)と呼ばれる電流に対する磁気効果を応用したものです。この現象は1879年にアメリカの物理学者ホール(Hall)によって発見されたことからこのような名前がつけられています。

ホール素子の動作原理

ホール素子は厚さμmオーダーの半導体薄膜で形成されています。また4端子素子で、図1のように電極①、②、③、④を持っています。

< 図1: ホール素子の原理 >

①、③が入力端子で②、④が出力端子となります。①-③間に電流を流し(または電圧をかける)、薄膜の表面から裏面に貫通する向きに磁場をかけるとローレンツ力により半導体薄膜内の電子は進行方向を曲げられ、その分布が薄膜の一方である電極④の方に偏ります。その結果、出力端子間②-④間に電位差VHが発生し、これをホール効果といいます。このVHをホール出力電圧と呼びその大きさは次の式で表すことができます。


このようにホール素子では制御電流Ic、磁束密度Bに比例した出力電圧VHが得られます。ここでRHはホール係数と呼ばれる定数で、

e:電子の電荷
n:半導体のキャリア濃度
と表されます。

ホール素子の駆動方法

ホール素子の駆動方式には定電流駆動と定電圧駆動があります。

●定電流駆動

ホール素子を定電流駆動した場合は、

で表されます。VHの温度特性はRHすなわちnの温度特性となります。

●定電圧駆動

ホール素子を定電圧駆動した場合は、

で表されます。ここでμは半導体の電子移動度、L,Wは半導体薄膜の幅、長さ(図1参照)です。VHの温度特性はμHの温度特性となります。

ホール素子の材料

上記の様にホール素子の出力電圧VHは材料の電子移動度μHやホール係数RHに依存しています。つまり、材料の電子移動度が大きければそれだけホール出力電圧も大きくなります。このためホール素子の材料には一般には電子移動度の大きいⅢ-Ⅴ族化合物半導体が用いられています。

InSbは電子移動度78000(cm2/VS)と半導体中最大の電子移動度をもちますが、バンドギャップが小さく、温度特性が大きくなります。GaAsは電子移動度が8500(cm2/VS)とInSbの1/10程度になりますが、バンドギャップが大きく、温度特性が向上しています。InAsは電子移動度、バンドギャップの値がInSbとGaAsのほぼ中間の値を示すことから高感度で温度特性良好とこの2つの中間的な特性を示します。

不平衡電圧(オフセット電圧)

不平衡電圧Vosもホール素子の基本特性の1つです。不平衡電圧とは無磁界(磁束密度が0mT)の時に出力端子間に生じる電圧のことです。これはホール素子に電流や電圧を流すだけで発生するので残留電圧、またはオフセット電圧と呼ばれることもあります。ホール素子の出力端子間にはこの不平衡電圧とホール出力電圧の和が出力されます。一般に不平衡電圧はホール素子のパターンのアンバランス、不均一性等をはじめとしたいろいろな要因があります。さらに、この不平衡電圧には温度特性もあります。

ホール素子の選定方法

弊社ではお客様のご要望に沿って材料、パッケージの面からホール素子を多数ラインアップしています。その中から最適なホール素子を選択する手順は以下のとおりです。

ホール素子の使用形態

●HQ, HZ, HGシリーズの比較-1(感度)
●HQ, HZ, HGシリーズの比較-2(磁束密度に対する直線性)

磁束密度に対する直線性は定電流駆動したHGシリーズが最も良いです。データシートにある様にB=0.1/0.5Tで直線性は2%以下になります。

参考資料

FAQ

FAQ
(Frequently Asked Questions)

よくある質問と回答

Questions & Answers

共通

[Q01] ホール素子の等価回路はどのようになりますか?

[A01] 4つの抵抗のブリッジ回路になります。こちらを参照下さい。

[Q02] ホール素子に極性はありますか?

[A02] ホール素子カタログの外形寸法図のところに記載されています。
例えばHW-101Aの場合は1ピンに+、3ピンに-の入力を印加してパッケージ表面にN極の磁石を近づけた時、2ピンに+、4ピンに-が出力されます。もしパッケージ表面にS極の磁石を近づけた時は出力の極性は逆になり、2ピンに-、4ピンに+が出力されます。

[Q03] ホール素子はどのように駆動すれば良いですか?

[A03] こちらを参照下さい。

[Q04] ホール素子の出力はどのように増幅すれば良いですか?

[A04] こちらを参照下さい。

[Q05] ホール素子のリード端子のメッキは何ですか?

[A05] HW-300B と HW-302B は、銀メッキと錫メッキがあります。その他は全て錫メッキとなります。全てRoHS対応しています。(2010年5月現在)

[Q06] ハロゲンフリーに対応していますか?

[A06] 対応しているグレードもございます。詳細は弊社までお問い合わせください。

[Q07] 磁束密度に対する直線性が最も良いホール素子はどれですか?

[A07] HGシリーズホール素子です。定電流駆動時、直線性は0.5Tまでで2%以下です。

[Q08] ホール素子の特性にヒステリシスはありますか?

[A08] 超高感度タイプのHWホール素子は内部に磁性体を有しているためヒステリシスがあります。

HW・HSシリーズ

[Q01] 表面実装・DIPタイプHWシリーズの場合、1番ピンはどこになりますか?

[A01] ホール素子は180°回転しても仕様内の特性が得られますので、表面実装タイプの場合は右上が1番ピン、DIPタイプの場合は左上が1番ピンになります。

[Q02] HWシリーズホール素子注文時の感度ランクの指定はどうやりますか?

[A02] 超高感度タイプのHWホール素子を用いた設計は感度ランク3ランク以上での設計をお願いします。例)ABC、BCD、CDE、EFGランク。高感度タイプのHW-105Cは感度ランクQRランクのみ、HS-0111は感度ランクがありません。

[Q03] 制限抵抗は必要ですか?また値はどのように決めますか?

[A03] HW・HSシリーズホール素子は、高温で急激に抵抗が低下します。そのため、焼損を起こしやすく駆動回路には注意が必要です。一般的には焼損防止のためにホール素子に直列に抵抗を入れます。 抵抗の値の決め方は、こちらをご参照ください。

[Q04] 制限抵抗がなくても使用できますか?

[A04] 使用できます。但し、印加できる電圧・電流は制限抵抗がある場合に比べて大幅に低くなります。詳細は、こちらをご参照ください。

[Q05] 超高感度タイプと高感度高リニアリティタイプの違いは何ですか?

[A05] 超高感度タイプは内部に磁性体が入っており、低磁界で出力が高くなりますが、磁性体が磁気飽和すると傾きが変わり、出力電圧は磁束密度に比例しません(下図参照)。したがって、このタイプは磁束密度の測定には不向きで磁石の有無の検知に用います。高感度高リニアリティタイプは磁性体が入っていないため広い範囲でリニアな出力特性が得られます。なお、リニアリティを求めるときは定電流駆動で使用下さい。定電圧駆動では磁気抵抗効果の影響があり、磁束密度に比例しません。

HGシリーズ

[Q01] HGシリーズホール素子を駆動する場合、定電流駆動と定電圧駆動のどちらが良いですか?

[A01] ホール出力電圧の温度係数が定電圧駆動では約-0.2%/℃、定電流駆動では約-0.02~-0.08%/℃と定電流駆動の方が良いので、一般的には定電流駆動で使います。また、定電流駆動のほうが磁気抵抗効果が無視できるので高磁界での磁束密度に対する直線性が良いです。仕様で規定されている直線性2%以下は定電流駆動によるものです。

[Q02] 標準タイプから超高感度タイプまでありますがどのようにして選べば良いですか?

[A02] 標準タイプから超高感度タイプになるにつれて定電圧・定電流感度とも上昇します。下のグラフおよび表を参照下さい。但し、入出力抵抗も増加するので増幅率等の回路マッチングに注意する必要があります。ホール出力電圧および不平衡電圧の温度特性は標準タイプが一番良く、超高感度タイプが一番悪くなります。
【HGシリーズホール素子の定電圧駆動VH/定電流駆動VH 温度特性】

HQシリーズ

[Q01] HQシリーズホール素子を駆動する場合、定電流駆動と定電圧駆動のどちらが良いですか?

[A01] ホール出力電圧の温度係数が定電圧駆動では約-0.2%/℃、定電流駆動では約-0.4%/℃と定電圧駆動の方が良いので、一般的には定電圧駆動で使います。

HZシリーズ

[Q01] HZシリーズホール素子を駆動する場合、定電流駆動と定電圧駆動のどちらが良いですか?

[A01] ホール出力電圧の温度係数が定電圧駆動では約-0.2%/℃、定電流駆動では約-0.08~-0.12%/℃と定電流駆動の方が良いので、一般的には定電流駆動で使います。

アプリケーション・応用例

アプリケーション・応用例

アプリケーション

家電製品:DCブラシレスモーター制御、エアコン:ファンモーター制御など

おすすめ

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