홀센서(Hall Sensor)에 대하여

안녕하세요, 센서와 스위치를 다잡는 센서보이 입니다.

이번 글에서는 홀센서(Hall Sensor)에 대해 알아보겠습니다.

홀센서란, 홀 이펙트를 활용하여 자성체를 감지하는 센서입니다.

일반적으로 자성체와의 거리를 측정하거나 자성체가 다가왔을 때 TR 출력을 내는 스위치류 제품으로 활용하는 제품으로, 홀이펙트와 홀센서의 종류 등에 대해 알아보겠습니다.

Hall IC

 

 

 

홀 이펙트(Hall Effect)

 

1879년, 홀이펙트는 에드윈 허버트 홀에 의해 발견되었습니다.

홀이펙트는 자기장의 영향으로 전류 흐름의 방향이 휘어지며 발생하는 효과입니다.

전류란 쉽게 말해 전자의 흐름이며, 이 전자는 (-)전하와 (+)전하로 구분할 수 있습니다.

전자가 흐르고 있는 도중 자기장이 가해지게 되면, 로렌츠힘(Lorentz's Force, 자기장 내에서 이동하는 전하에 가해지는 힘)의 영향으로 인해 흐름에 수직한 방향으로 경로가 휘어지게 됩니다. (음전하와 양전하는 서로 반대 방향으로 힘을 받습니다.)

 

아래 도식에서 알 수 있듯이, 종방향으로 전원을 가해주고, 판에 수직한 방향으로 자기장을 가해주게 되면 판의 횡방향으로 전자가 쏠림으로서 횡방향 전압이 추가로 발생하게 됩니다.

아래 그림 기준에서, 음전하가 왼쪽으로 휘어 흐르게 되므로 왼쪽이 음극, 오른쪽이 양극으로 전위차를 발생시킵니다.

이로 인해 발생하는 전압이 홀 전압이며, 이는 Gauss의 세기에 따라 달라집니다.

 

 

 

홀센서의 종류

 

홀 소자(Hall IC)

가장 기본적으로 사용되는 홀 센서로, 홀 이펙트를 활용해 일정 수준의 전압에 도달하게 되면 Tr 출력을 통해 스위칭 역할을 하게됩니다.

제품별로 스위칭 Gauss가 다르며, Latch, Uni-Polar, Omni-Polar Type이 있습니다.

 

랫치(Latch) : Operating Point와 Release Point가 서로 다른 극으로 되어 있어, 반대 극 포인트의 Gauss가 가해지기 전 까지 해당 동작을 유지합니다.

 

 

 

 

유니폴라(Uni Polar) : Operating Point와 Release Point가 한쪽 극성에만 존재합니다. 정해진 극성 이외에서는 스위칭 동작을 수행하지 않습니다.

 

 

 

 

옴니폴라(Omni Polar) : Operating Point와 Release Point가 양 극성에 모두 존재합니다. 양 극성의 릴리즈 포인트 사이의 Gauss 값에서는 스위칭 동작을 수행하지 않습니다.

 

 

 

 

리니어 홀센서(Linear Hall Sensor)

 

홀센서를 통해 자성체와의 거리 또는 금속체와의 거리를 리니어하게 측정하는 제품입니다.

다만, 홀이펙트는 감지거리가 크지 않기 때문에, 대부분 근접한 대상체와의 거리를 측정하는데 사용합니다.

비용이 매우 저렴하고, 정밀도 또한 다소 높기 때문에 자동차의 엑셀, 브레이크 포지션 등에 많이 사용됩니다.

또는 전류에 의한 자기장을 감지하여 전류센서로도 활용할 수 있습니다.

일반적으로 비례 전압출력 또는 PWM 출력을 제공합니다.

Hall IC

 

 

 

홀 근접센서(Proximity Sensor)

 

Hall IC와 자성체를 한 패키지 안에 집어넣어, 금속체가 다가오면 자성체의 자기장이 모이므로 Gauss값이 올라가는 것을 활용합니다.

이를 통해 금속체를 감지할 수 있는 값싼 근접센서를 구성할 수 있으며, 기어의 Tooth 측정을 통한 RPM 측정에 활용하면 Speed Sensor로도 활용이 가능합니다.

Tr 스위칭 출력을 제공합니다. (NPN or PNP)