什么是霍爾效應(yīng)（HALL）？霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差。霍爾效應(yīng)使用左手定則判斷。

  霍爾IC通常按輸出信號(hào)類型分為開關(guān)型霍爾IC和線性霍爾IC。開關(guān)型的霍爾元件，只輸出高低兩個(gè)電平信號(hào)，要么是開要么是關(guān)。線性霍爾元件輸出一個(gè)持續(xù)變化的模擬量信號(hào)，輸出電壓從高到低或者從低到高，這樣一個(gè)不間斷
的持續(xù)變化。

  開關(guān)型的霍爾元件，又分為三個(gè)小類型：?jiǎn)螛O霍爾元件、全極霍爾元件、雙極鎖存霍爾元件。單極霍爾元件指的是只感應(yīng)一個(gè)磁極的霍爾，一般是插件封裝的只感應(yīng)S極。即S極的磁鐵靠近霍爾元件時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生高低電平的變 化，N極靠近的時(shí)候，是不感應(yīng)的。全極霍爾元件可以感應(yīng)兩個(gè)磁鐵，即NS任意一個(gè)磁極靠近霍爾元件時(shí)，霍爾元件都會(huì)產(chǎn)生高低電平的變化。雙極鎖存霍爾元件，需要NS兩個(gè)磁鐵交替接近霍爾元件才能產(chǎn)生高低電平的切換，即一個(gè)磁極靠近再離開后繼續(xù)保持開的狀態(tài)，需要另外一個(gè)磁鐵靠近才能切換成關(guān)的狀態(tài)。     除了這些，近幾年還出現(xiàn)了一些集成度高、功能復(fù)雜的專用霍爾 IC，如差分霍爾IC(雙霍爾 IC)，集成 ADC、DAC 和信號(hào)處理電路的旋轉(zhuǎn)位置傳感器、三軸位置傳感器，集成了電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)電路的無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。此外，利用霍爾原理設(shè)計(jì)的電流傳感器IC也是霍爾IC的一大類別。

     隨著手機(jī)、筆記本電腦、DV 等便攜式設(shè)備的普及，對(duì)霍爾IC的功耗提出要求，由此產(chǎn)生了一類新的霍爾IC—微功耗霍爾IC。它是數(shù)字霍爾IC按功耗單獨(dú)分出的一類，其內(nèi)部采用休眠機(jī)制降低功耗，平均功耗可以達(dá)到 uA 級(jí)。它也可按功能分為單級(jí)型霍爾IC、鎖定型霍爾IC、和全級(jí)霍爾IC三類。這類一般用于電池長(zhǎng)期供電的系統(tǒng)。

      我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案的時(shí)候，首選需要確認(rèn)的就是，需要開關(guān)量輸出的霍爾元件還是模擬量的霍爾元件，日常生活中大部分的方案，如定位、計(jì)數(shù)、位置開關(guān)等方案，使用性價(jià)比更高的開關(guān)霍爾就可以了。一些需要模擬量輸出的，如角度檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、電流檢測(cè)、編碼器等方案，再推薦使用精度更高的線性霍爾。
  霍爾開關(guān)選型：

  1）第一項(xiàng)重要參數(shù)：供電電壓，供電電壓大致就可以分兩種，低壓供電和高壓供電的。這個(gè)就要對(duì)應(yīng)著我們常見的兩種供電方式，電池供電或者電源供電。電池供電，我們一般就是3V、3.3V或者5V供電的比較多，也有較少的方案是使用1.65V或者1.8V供電的，這就輸出低壓供電。電源供電，一般就是5V、12V、24V的比較多，當(dāng)然少見的也有3V供電的，5V以上供電我們就認(rèn)為是高壓供電。一般來說，我們使用電池供電的方案，必須要考慮到的一個(gè)問題，就是產(chǎn)品的功耗，盡可能的使用微功耗的產(chǎn)品。這類方案目前非常多，像我們常見的藍(lán)牙耳機(jī)、小型電子設(shè)備、智能門鎖、玩具、手機(jī)、儀表、鍵盤、鼠標(biāo)等等方案，一般都需要使用微功耗的產(chǎn)品。而這些方案，單極和全極的霍爾元件，一般都是通用的，大部分工程師選擇全極型微功耗的產(chǎn)品。         
  電源供電的一些應(yīng)用，就會(huì)涉及到一些12V或者24V供電的設(shè)備。如果是5V供電的應(yīng)用，只要不是開關(guān)頻率特別高的應(yīng)用，用微功耗的低壓霍爾也行，但是一些12V和24V供電的應(yīng)用，就需要使用高耐壓的霍爾。    
  2）第二項(xiàng)重要參數(shù)，磁靈敏度，也就是我們常說的Bop。Bop數(shù)值對(duì)于單顆霍爾來說，是一個(gè)數(shù)值，但是我們看產(chǎn)品規(guī)格書的時(shí)候，都是一個(gè)范圍值，是因?yàn)榛魻栐拇澎`敏度，都會(huì)有一定的差異性，同一個(gè)型號(hào)產(chǎn)品的差異性又在一定的范圍內(nèi)，這個(gè)范圍就是我們規(guī)格書的Bop范圍。Bop指的就是開啟霍爾元件所需要的磁場(chǎng)值。

霍爾和分流器方案各具特色：

1）霍爾的特點(diǎn)：

優(yōu)勢(shì)：

器件本身隔離、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、功率損耗、接口電路簡(jiǎn)單、無需校準(zhǔn)；

缺點(diǎn)：

響應(yīng)時(shí)間慢、精度低、線性度差、小電流范圍內(nèi)受0漂影響；

2）分流器特點(diǎn)：

優(yōu)勢(shì)：

響應(yīng)時(shí)間快、精度高、線性度高、小電流采集也能確保精度、可以和總壓做到很高的同步性。

缺點(diǎn)：

不隔離、對(duì)接口電路設(shè)計(jì)要求高、需要標(biāo)定校準(zhǔn)、需要考慮大電流溫升帶來的影響等。

常用HALL的選型要點(diǎn)

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池常用的HALL傳感器廠家主要由LEM、BYD、Honeywell、飛軒等。選型的時(shí)候需要注意以下參數(shù)。

1） 測(cè)量范圍IP：首要確定的參數(shù)，應(yīng)該確保能夠檢測(cè)到最大所需監(jiān)測(cè)的電流或峰值電流。

2） 供電范圍VC：開環(huán)HALL有單電源器件，也有雙電源器件。單電源器件對(duì)電路設(shè)計(jì)要求更簡(jiǎn)單。同時(shí)還需要注意器件功耗IC，以便BMS設(shè)計(jì)時(shí)選取正確的供電器件。

3） 采集通道：是單通道，還是雙通道。比如LEM S18霍爾就是1個(gè)雙通道的器件，±30A一個(gè)采集通道，±350A一個(gè)采集通道，這樣是為了確保小電流時(shí)的采集精度。

但是，對(duì)于雙通道器件，需要注意其通道切換時(shí)的精度、以及數(shù)據(jù)的平滑過渡。

4） 輸出信號(hào)：從HALL輸出的信號(hào)有電壓信號(hào)，也有電流信號(hào)。如果是電壓信號(hào)，還需要注意它的偏置電壓Offset Voltage (VO)。

5）信號(hào)敏感度G：即器件輸出的電壓信號(hào)或電流信號(hào)對(duì)應(yīng)到被測(cè)量電流的比例，如：5.7mV/A，就是說如果測(cè)量到HALL器件輸出超過偏執(zhí)電壓后每增加5.7mV，對(duì)應(yīng)到被測(cè)量電流即增加1A。這個(gè)參數(shù)同時(shí)也需要關(guān)注分辨率。

6）上電啟動(dòng)時(shí)間：該參數(shù)關(guān)系到BMS軟件開機(jī)自檢設(shè)計(jì)，所以需要關(guān)注。

7）響應(yīng)時(shí)間：對(duì)于開環(huán)霍爾來說，從被測(cè)電流信號(hào)到器件輸出信號(hào)的時(shí)間差，一般都是us級(jí)別，相對(duì)于ms級(jí)別的采集周期來說，不用太過關(guān)注。

8）誤差：霍爾器件的誤差主要有5個(gè)方面：① 偏移電流，主要來自內(nèi)部電路相關(guān)的偏移和磁場(chǎng)偏移，一般用總偏移電流表示Global offset current；② 敏感度誤差，這個(gè)誤差是被監(jiān)測(cè)電流和霍爾器件輸出信號(hào)之間的敏感度G的誤差；③ 線性度誤差，是霍爾器件測(cè)量出來的數(shù)據(jù)和被測(cè)電流之間如果有個(gè)參考直線VOUT=f(IP). 實(shí)際測(cè)量值偏離該直線的最大誤差。④ 零電流誤差，即當(dāng)被監(jiān)測(cè)電流IP=0時(shí)，霍爾器件實(shí)際輸出的電壓和理想輸出電壓之間的總偏移誤差。這種誤差可能由于電偏移、磁偏移、熱偏移或者熱滯后等原因?qū)е?。又成為零漂。這種偏移基于霍爾特性，無法消除，但是會(huì)使SOC計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差，而這種誤差隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷快速累積，如果SOC不能得到短周期的校準(zhǔn)，會(huì)造成SOC出現(xiàn)較大誤差，影響整車?yán)锍毯陀脩趔w驗(yàn)。