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霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用

發布時間:2020-09-11 來源:Yuan Tan 責任編輯:wenwei

【導讀】全球因為偷電和非技術性損失巨大,大大影響了供電部門和用戶的利益。拆表是一種常見的非技術性損失,通過停表和減慢表等方式來少交電費。為了盡量杜絕這種現象的發生,防拆檢測功能十分重要。
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖1 表殼外觀
 
傳統的拆表檢測可以用機械設計來完成。在表殼上做一個向下突起的部分,再在PCB對應的位置上放置一個按鈕,使表殼突起的部分壓住按鈕,按鈕的輸出和MCU的input口鏈接。當有人打開了表殼,表殼和按鈕分開,改變了MCU的輸入,MCU報警。這種傳統做法成本低,能耗小,但是使用上有很多限制。首先是可靠性的問題,因為按鈕下壓的不同高度可能會在運輸安裝途中誤觸發防拆檢測。另外,如果按鈕被卡住,防拆檢測會直接失效。為了防止這種情況出現,需要使用高可靠性的開關和復位芯片,這會加大系統成本。
 
這里為大家介紹基于霍爾傳感器的高可靠性,同時功耗低成本好的防拆檢測方案。
 
1 使用霍爾開關的防拆檢測方案
 
霍爾開關的輸出可以顯示磁通量密度相對于門檻值的出現和消失,單極性霍爾開關和雙極性開關的輸出如圖:
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖2 單極性霍爾開關輸出
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖3 雙極性霍爾開關輸出
 
因為雙極性霍爾開關可以對南磁極和北磁極都響應,適用面更廣而更適合用在防拆的場合。
 
在表殼開口上放一個磁鐵,當表殼打開,磁鐵遠離霍爾器件,可以檢測到的磁通量密度消失,改變霍爾開關的輸出,從而實現監測。這種方案功耗可以做到很低,比如DRV5032的平均電流為0.54uA。
 
參考設計TIDA-00839提供了一種適用于電表的防拆方案。使用了雙極性的霍爾開關DRV5033來實現。該設計使用了兩組DRV5033, 每組三個,來實現X/Y/Z三個方向的檢測,兩組霍爾分別放在易受磁攻擊的電流互感器和電源變壓器附近。
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖4 TIDA-00839 電路圖
 
2 使用線性霍爾傳感器的防拆檢測方案
 
與霍爾開關和鎖存器不同,線性霍爾傳感器的輸出并不是兩個電平的切換,而是與磁通量密度成正比的值,可以實現更精確的測量。
 
想象一下,如果在拆開表殼時,在霍爾開關附近放置一個很大的外部磁鐵,那么磁通量密度飽和,霍爾開關的輸出不會改變,不能正確地反映出來被拆開的事實。而如果我們使用線性霍爾傳感器,磁場的變化很可能改變輸出的范圍,從而被探測到,這樣就提供了魯棒性更強精確度更高的解決方案。
 
線性霍爾傳感器的輸出有不同的類型,比如:
 
1)    DRV5055可以響應南北磁極,輸出電壓和磁通量密度成正比
 
2)    DRV5056只響應南磁極,對于感應一個磁極的應用, 此響應可以最大限度提高輸出動態范圍。對于單位磁通量密度的變化輸出范圍翻倍,磁性靈敏度也會翻倍。
 
3)    DRV5057輸出的是頻率為2kHZ,占空比隨磁通量密度變化的時鐘。當存在電壓噪聲或接地電勢失配時,可保持信號完整性。該信號適合嘈雜環境中的遠距離傳輸,始終存在的時鐘使得系統控制器能夠確認具備良好的互連。
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖5 DRV5055 輸出
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖6 DRV5056 輸出
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖7 DRV5057 輸出
 
3 使用3D線性霍爾傳感器的防拆檢測方案
 
在第一部分“使用霍爾開關的防拆檢測方案”提到過,為了在三維層面探測磁通量密度,TIDA-00839將三個單軸線性霍爾傳感器分別組成一組來進行探測。
 
而使用單顆3D線性霍爾傳感器,例如TMAG5170,可以實現更廣闊的探測范圍,使得磁鐵的安放位置更有靈活度。
 
霍爾傳感器在表類防拆檢測中的應用
圖8 3D線性霍爾傳感器示意圖
 
綜上,本文介紹了三種基于霍爾傳感器的高可靠性,同時功耗低成本好的防拆檢測方案?;魻栭_關的方案簡單易行,功耗低。線性霍爾傳感器的方案則解決了拆卸時外加磁場干擾的場景,提供了魯棒性更強精確度更高的解決方案。最后簡單介紹了使用3D線性霍爾傳感器的防拆檢測方案,可以實現更廣闊的探測范圍,使得磁鐵的安放位置更有靈活度。
 
 
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