磁传感技术：干簧开关与霍尔效应开关

“两种不同的磁传感解决方案：为特定应用而生，各具关键优势

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• 导言
• 两种不同的磁传感解决方案：一项关键差异
• 能效需求推动磁传感技术革新
• 两种传感技术各有所长
• 结论
• 其他资源

简介

近期，由于新的能耗标准出台，干簧开关的需求量显著上升。干簧开关技术在非工作状态下不消耗任何电能，这使其成为霍尔效应传感器的理想替代方案，尤其适用于对低功耗有关键要求的应用场景。

两种不同的磁传感解决方案：一项关键差异

干簧与霍尔效应技术采用不同的设计理念。两类开关均依赖外部磁场工作，但霍尔效应器件在非工作状态下仍需电路供电以产生输出信号；而干簧管则完全不消耗电能，仅在磁场存在时才动作。因此，两种磁传感技术的一项核心区别在于其能效特性。

能效需求推动磁传感技术革新

“受德国能源转型及能效优先政策影响，干簧管传感器的需求已显著增长，”EMEA地区磁性位置传感器产品经理Martin Reizner表示。

Reizner 认为这一趋势短期内不会消退：“越来越多的传感器制造商正选择干簧开关技术以降低功耗。”家电与电池供电设备领域正成为转向干簧开关技术的主力军。换言之，干簧管正迅速成为低功耗设计领域首选的磁传感新技术。

两种传感技术各有所长

“实际情况是：这两种传感技术各有其特定的适用领域。”Reizner补充道。

他认为霍尔效应传感器更适用于1kHz以上的高速检测场景——这正是干簧开关达到其物理工作极限的领域。相反地，他建议在1kHz以下的开关应用（如流量计）中采用干簧开关技术。

磁滞优化水流检测性能

磁滞特性指开关闭合点与断开点之间的差值，这是干簧技术独有的优势。在特定应用中设定开关磁滞值，使干簧开关相比霍尔效应传感器更具一项独特优势。以下示例将说明磁滞效应在水流量计中的实际应用。

• 示例：假设干簧开关触点在距离磁体5毫米的预设吸合点闭合，而在距离7毫米处断开。此时开关磁滞值即为2毫米。换算百分比可得：5毫米 ÷ 7毫米 × 100% = 71%，这意味着开关将在释放点距离的71%位置被激活。

磁滞特性在水流量计中的应用

以叶轮式水流量计为例，可通过设定特定磁滞值来优化检测性能。随机的水流波动或振动可能导致叶轮轻微摆动，若传感器对此类微小动作作出响应，则会产生错误的水流检测信号。通过设定开关磁滞值，可确保水流达到预设速率后传感器才被激活。因此，唯有干簧开关的磁滞特性能够有效避免误报水流读数。反之，霍尔效应传感器会对任何水流运动产生响应，无法实现此类精准判别。

世界上最小的干簧开关

干簧开关由简单的机械元件构成，与霍尔效应传感器相比生产成本更低。霍尔传感器的制造工艺更为复杂，需要额外配置外部开关和放大电路，同时还需解决温度稳定性、短路保护和功耗等问题。

然而在尺寸方面，霍尔效应传感器比干簧传感器更具优势。不过，Standex Detect 现已生产出全球最小的干簧开关，长度仅不到4毫米。因此，紧凑型干簧传感器设计现已能够与微型霍尔效应传感器同台竞争。。

磁传感器在恶劣环境中的可靠表现

干簧开关术能在恶劣环境中稳定运行。其全密封的玻璃封装结构使干簧开关免受外界环境影响，也就是说，灰尘、油污、水、化学品及腐蚀性物质都不会干扰传感器工作。此外，干簧开关能在-65°C至+150°C的极端温度范围内可靠工作，而霍尔效应传感器的工作温度范围相对较窄，仅为-55°C至+125°C。

磁隔离特性

干簧开关无需任何静电放电（ESD）防护措施，因此不会对邻近的系统电子设备产生磁干扰。相反，霍尔效应传感器因其需持续供电以产生输出信号，必须采取磁隔离措施。此外，这类传感器还需要特殊的ESD防护设计来防止电流泄漏。

接触电阻特性

最后需要强调的是，干簧开关的绝缘电阻超过10^15欧姆，远高于霍尔效应传感器。虽然干簧开关仍会产生低至飞安级的漏电流，但其数值极小，不影响医疗设备等精密应用。总体而言，简单的干簧开关能够测量微伏级电压，并在低至50毫欧的接触电阻下工作——这一指标远低于霍尔效应传感器能达到的水平。

此外，干簧开关凭借其设计特性具备宽广的工作范围：可切换纳伏级至千伏级的负载电压，飞安级至安培级的负载电流，频率范围最高可达10GHz。即便是最小的干簧开关，无需ESD防护也能实现高达1000伏的隔离电压。

结论

总之，两种开关技术根据传感应用场景各具特定优势。干簧开关在尺寸、灵敏度和磁滞特性方面具有多样性，且所有参数均可针对特定应用进行调整。虽然霍尔传感器可通过编程弥补某些短板，但干簧开关在功能适应性与能效方面更具优势。

霍尔效应传感器在高于1kHz的高速转速开关场景中表现优异，且因无开关磁滞效应可实现更高的信号重复精度。其使用寿命可达5亿次开关周期，而干簧开关在5伏负载下能实现数十亿次的开关寿命。

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其他资源

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