汽车霍尔传感器的原理和应用是什么？

霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，广泛应用于工业、汽车、电脑、手机以及新兴消费电子领域。

随着汽车电子和工业设计企业向中国转移，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。

霍尔效应原理是基于半导体薄片在磁场作用下产生的电压现象。如图1所示，当半导体薄片H通电并与磁场B垂直时，在横向两侧电极C1和C2之间会出现一个电压VH，这就是霍尔电压。这种现象是由于载流子在洛仑兹力作用下向薄片横向两侧偏转和积聚，形成霍尔电场，阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。

霍尔集成电路是汽车霍尔传感器的核心，它将多种非电、非磁的物理量转换成电量进行检测和控制。霍尔集成电路结构牢固、体积小、重量轻、寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等污染或腐蚀。按照功能，霍尔集成电路分为霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。

霍尔线性集成电路由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成，其输出电压与磁感强度B成比例。这类电路具有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。而霍尔开关集成电路则由稳压器、霍尔元件、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成，当磁感应强度超过导通阈值时，电路导通，输出低电平，当降低到释放点时，输出高电平。

汽车霍尔传感器除了核心的霍尔集成电路外，磁路设计也非常重要。通常采用永久磁钢来产生工作磁场，例如用钕铁硼磁钢可以得到约200~300mT的磁感应强度。在气隙中，磁感应强度随距离增加而迅速下降。为了保证霍尔集成电路可靠工作，需要考虑有效工作气隙的长度。

霍尔传感器在汽车电子领域有广泛应用，如曲轴和凸轮轴位置传感器。曲轴位置传感器用于采集曲轴转动角度和发动机转速信号，以便确定点火时刻和喷油时刻。这些传感器内部都采用霍尔开关集成电路和遮断方式的磁路设计制成的霍尔翼片传感器，主要包括霍尔集成电路、永久磁铁和导磁片。

霍尔传感器的工作原理是，当信号转子的隔板进入间隙时，霍尔集成电路中的磁场被旁路，霍尔元件上没有磁力线穿过，霍尔电压UH为零，集成电路输出级三极管截止。

传感器输出高电位，约4.8V；当信号转子的隔板离开间隙时，永磁铁的磁通经导磁片和霍尔元件集成电路构成回路，集成电路输出级三极管导通，传感器输出低电位，约0.2V。霍尔传感器在汽车电子领域的重要性日益凸显。