電力機(jī)車電子腳踏開關(guān)中使用的霍爾開關(guān)CHA442

目前，電力機(jī)車采用機(jī)械腳踏開關(guān)人工定時(shí)（1分鐘內(nèi)）發(fā)送觸發(fā)脈沖（110V/0V）到監(jiān)控器，通報(bào)監(jiān)控器機(jī)車司機(jī)處于正常值守狀態(tài)，保證機(jī)車正常運(yùn)行。由于腳踏開關(guān)是一種機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)且非密封，開關(guān)在庫房存放或使用時(shí)間一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)氧化、老化與積塵等現(xiàn)象，造成觸點(diǎn)接觸不良故障，其結(jié)果使機(jī)車司機(jī)無法判斷每次腳踏開關(guān)動(dòng)作有效性。監(jiān)控器無法定時(shí)收到觸發(fā)脈沖而給出報(bào)警信號(hào)；同時(shí)，機(jī)車司機(jī)工作職責(zé)無法得到落實(shí)。改用非接觸式電子腳踏開關(guān)可以很好地解決以上技術(shù)問題。


腳踏開關(guān)包括磁鋼、霍爾電子開關(guān)單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、單片機(jī)單元、聲光提示電路單元、光耦隔離電路單元、高壓電子開關(guān)單元、DC/DC變換器單元。 磁鋼設(shè)于霍爾電子開關(guān)的前側(cè)，霍爾電子開關(guān)單元與驅(qū)動(dòng)電路單元連接，驅(qū)動(dòng)電路單元與單片機(jī)單元連接，單片機(jī)單元與聲光提示電路單元及光耦隔離電路單元連接，光耦隔離電路單元與高壓電子開關(guān)單元連接，DC/DC變換器單元的輸出端與單片機(jī)單元、霍爾電子開關(guān)單元、聲光提示電路單元以及光耦隔離電路單元連接的電源輸入端連接。 磁鋼為圓柱薄形釹鐵硼磁鋼，霍爾電子開關(guān)單元采用型號(hào)為DRV5013(或國(guó)產(chǎn)汽車級(jí)產(chǎn)品CHA442)的霍爾效應(yīng)傳感器， DC/DC變換器單元采用110V轉(zhuǎn)5V，所述單片機(jī)單元采用型號(hào)為STC11F04的單片機(jī)。 ?

圖1 結(jié)構(gòu)框圖 ?

圖2 應(yīng)用電路圖 ?

工作過程及其原理：

磁鋼1移動(dòng)靠近霍爾傳感器，感應(yīng)觸發(fā)霍爾電子開關(guān)，使其輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平。

霍爾電子開關(guān)單元2由霍爾傳感器U1（CHA442）、R1以及C1組成，用于接收磁鋼靠近的電磁信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

?驅(qū)動(dòng)電路單元3由U2（74HC04）組成，3個(gè)非門并聯(lián)可提供大于30mA驅(qū)動(dòng)電流。

單片機(jī)單元4由U3（STC11F04）及外圍元件組成，用于提高驅(qū)動(dòng)能力以及電路抗干擾能力。

聲光提示電路單元5由V3（2N2222）、BU1、R6以及R7組成，用于報(bào)警提示。

光耦隔離電路單元6由U4（TLP521）、D1-2（1N4753/36V）、D3（1N4742/12V）、R2、R8，D1-2、D3以及R8組成穩(wěn)壓電路。

高壓電子開關(guān)單元7包括：V1（MUE13001）、V2（2SB546）、R3（10K）、R4（27K/1W）、R5（20K/2W）、C4（1uF）以及P1，R3、C4構(gòu)成延時(shí)電路，防止開機(jī)輸出高電平，高壓電子開關(guān)用于模擬觸發(fā)脈沖。

DC/DC變換器單元8將110VDC轉(zhuǎn)化為5VDC（VCC），用于控制電路的供電。

文中提到的CHA442是一系列符合AEC-Q100 汽車認(rèn)證的數(shù)字雙極鎖存霍爾傳感器產(chǎn)品，CCHA44X系列產(chǎn)品其主要性能及特點(diǎn)如下：

??AEC-Q100汽車認(rèn)證

? 數(shù)字雙極鎖存霍爾傳感器

? 多種靈敏度選項(xiàng)（BOP / BRP）：+15 /-15G；+30 /-30G；+45 / -45G；+120 / -120G；

??在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作點(diǎn)的斬波器

??2.5V至22V范圍內(nèi)的車載電壓調(diào)節(jié)器

? 輸出短路保護(hù)

? 反向電池和續(xù)流保護(hù)

??對(duì)物理應(yīng)力不敏感

? 寬工作溫度范圍：-40 至 150°C

? 小封裝尺寸 TO-92S、SOT-23 和 SOT-89

? 符合 RoHS 的材料指令 2011/65/EU

產(chǎn)品應(yīng)用：

1.轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速感應(yīng)

2.轉(zhuǎn)速表，計(jì)數(shù)器拾音器

3.流量傳感器

4.無刷直流（直接電流）電機(jī)換向

5.電機(jī)和風(fēng)扇控制

6.機(jī)器人控制

產(chǎn)品說明：

CH441/CH442/CH443/CH444霍爾效應(yīng)傳感器具有極高的溫度穩(wěn)定性和抗應(yīng)力能力，特別適合在-40°C到150°C的溫度范圍內(nèi)工作。通過動(dòng)態(tài)偏移消除，可以獲得優(yōu)異的高溫性能，它降低了通常由器件過度成型、溫度依賴性和熱效應(yīng)引起的殘余偏移電壓壓力該器件包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，霍爾電壓發(fā)生器，小信號(hào)放大器，斬波器穩(wěn)定，施密特觸發(fā)器，和短路保護(hù)開路漏極輸出下降到25毫安。 板調(diào)壓器允許在2.5至22 V的電源電壓下工作。低至2.5 V的操作優(yōu)勢(shì)在于，該裝置可用于2.5 V應(yīng)用場(chǎng)合，或與電源引腳串聯(lián)的附加外部電阻，以增強(qiáng)對(duì)高壓瞬變事件的保護(hù)。 CH441/CH442/CH443/CH444系列是閂鎖霍爾開關(guān)。對(duì)于鎖存模式，也有反極性設(shè)備。正常情況下足夠強(qiáng)度的南極打開輸出；但是，對(duì)于反極性設(shè)備，足夠強(qiáng)度的北極打開輸出。 CH441/CH442/CH443/CH444還集成了內(nèi)部夾具，以防電源/輸出瞬態(tài)；輸出短路保護(hù)；蓄電池反向狀態(tài)。 ?

功能說明

CHA44X/CH44X 具有鎖存磁性開關(guān)特性。因此，它需要南極和北極都正常運(yùn)行。該設(shè)備表現(xiàn)為具有對(duì)稱操作和釋放開關(guān)點(diǎn) (BOP=|BRP|) 的鎖存器。這意味著具有相同強(qiáng)度和相反方向的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)輸出高低。去除磁場(chǎng) (B→0)，它會(huì)將輸出保持在先前的狀態(tài)。這種鎖存特性將設(shè)備定義為磁存儲(chǔ)器。磁滯 BHYST 將 BOP 和 BRP 保持在最小值之間。該滯后可防止開關(guān)點(diǎn)附近的輸出振蕩。

磁動(dòng)作特性

典型應(yīng)用

建議將外部電容器 C1 連接到電源。這可以減少注入設(shè)備的噪聲。建議使用正常的 0.1uF。

霍爾開關(guān)& 鎖存

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審核編輯：劉清