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ホールセンサーのまとめ

磁気センサー基礎知識 #02

技術解説

磁気センサーの中で、ホール効果を利用したセンサーをホールセンサーといいます。ホールセンサーには、ホール効果で得られたホール電圧 (VH) をそのまま出力するホール素子と、ホール出力を IC 処理することで High/Low のデジタル出力にしたホール IC、ホール出力を増幅してリニア出力するリニアホール IC があります。

ホール素子

◆ 特徴

半導体膜に端子を付けただけのシンプルなセンサーなので、後段の回路設計によってデジタル的用途にもアナログ的用途にも使えます。得られる出力電圧は数十~数百mV程度です。

◆ 出力特性

出力電圧は、センサーに垂直に印加した磁場の大きさに比例し、磁場の向きに応じて正負の電圧を出力します。垂直な磁場が無い時の出力電圧は0Vです (*1)。

*1 実際は、磁場無しの場合でもオフセット電圧が存在します。

図1.ホール素子の出力特性

◆ 使用方法

入力はコントロール電圧 (またはコントロール電流) とGNDの2端子、出力は差動出力2端子の計4端子です。最大定格以下であれば、定電流駆動、定電圧駆動どちらでも使用できます。

図2.動作回路図 (参考図)

◆ 用途

DCブラシレスモーター、スマートフォンやデジタルスチルカメラのレンズアクチュエーターに使用されています。

ホールIC

◆ 特徴

ホール素子の出力をある閾値でコンパレートし、High/Low 出力します。出力電圧範囲が電源で規定されるため、後段のマイコンで受けやすくなっています。磁場の強弱を検出できるスイッチタイプと、磁場の極性を検出できるラッチタイプがあります。

◆ 出力特性

出力電圧は、センサーに垂直に印加した磁場の大きさによってHighとLowの2値を持ちます。また、S極検出、N極検出、両極検出があります。

磁場の大きさがBopを上回ると出力がLowになり、Brpを下回ると出力がHighになります。Brp、BopにはBrp<Bopの(ヒステリシスを持つ)関係が成り立っています。

図3.S極検出のホールICの出力特性

◆ 使用方法

入力はVCC、GNDの2端子、出力は1端子。ホール素子に図4の様なICを組み合わせ、定電圧駆動で使用します。

図4.動作回路図 (参考図)

◆ 用途

スイッチタイプは家電の開閉スイッチ、ラッチタイプはDCブラシレスモーターや回転検出などに使われています。

リニアホールIC

◆ 特徴

ホール素子の出力をアンプで増幅し、リニア出力 (*2) します。出力電圧範囲が電源で規定されるため、後段のマイコンで受けやすくなっています。

*2 この時の出力はレイル・トゥ・レイル(Rail-to-Rail)となります。

◆ 出力特性

出力電圧は、センサーに垂直に印加した磁場の大きさに比例します。磁場が無い時の出力電圧をVCC/2とし (*3) 、磁場の向きに応じて0V~VCCまでの電圧を出力します。

*3 実際は、磁場無しの場合でもオフセット電圧が存在します。

図5.リニアホールICの出力特性

◆ 使用方法

入力はVCC、GNDの2端子、出力は1端子です。ホール素子に図6の様なICを組み合わせ、定電圧駆動で使用します。

図6.動作回路図 (参考図)

◆ 用途

液面計や電流センサー、角度検出に使われています。