最近遇到一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)的應(yīng)用帖旨，該電機(jī)使用了三個(gè)分立的鎖存型霍爾 傳感器來(lái)獲取電機(jī)換相點(diǎn)。于是灵妨，又去回顧了一下霍爾傳感器的基本原理解阅，分享如下。
常見(jiàn)的霍爾傳感器一般分四類：?jiǎn)螛O開(kāi)關(guān)泌霍、雙極開(kāi)關(guān)货抄、全極開(kāi)關(guān)和鎖存器。
目前在無(wú)刷直流電機(jī)中應(yīng)用較多的是鎖存型霍爾傳感器烹吵。下圖2-1為某項(xiàng)目中應(yīng)用的三個(gè)分立式鎖存型霍爾傳感器碉熄。本文也主要是介紹鎖存型霍爾傳感器。
圖2-1 電機(jī)霍爾傳感器
在介紹各種類型的霍爾傳感器之前肋拔，先來(lái)介紹霍爾傳感器中常用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)锈津。
以下是用于定義霍爾開(kāi)關(guān)操作的轉(zhuǎn)換點(diǎn)或開(kāi)關(guān)點(diǎn)的術(shù)語(yǔ)：
圖 2-2：霍爾效應(yīng)是指在外加電流受垂直磁場(chǎng)影響時(shí)存在可測(cè)量的電壓
B--磁通密度的符號(hào)（磁感應(yīng)強(qiáng)度），是用于確定霍爾器件開(kāi)關(guān)點(diǎn)的一個(gè)磁場(chǎng)屬性凉蜂。單位是高斯? (G) 或特斯拉? (T)琼梆。轉(zhuǎn)換關(guān)系是 1 G= 0.1 mT性誉。
磁感應(yīng)強(qiáng)度B有南極(S)和北極(N)之分，所以有必要記住它的代數(shù)約定茎杂，B在用于北極磁場(chǎng)時(shí)為負(fù)數(shù)错览，用于南極磁場(chǎng)時(shí)為正數(shù)。該約定可以用于對(duì)北極與南極數(shù)值進(jìn)行算術(shù)比較煌往，其中磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度以 B 的絕對(duì)值表示倾哺，符號(hào)表示磁場(chǎng)的極性。例如刽脖，一個(gè)-100G（北極）磁場(chǎng)和一個(gè) 100 G（南極）磁場(chǎng)具有相同的強(qiáng)度羞海，但是極性相反。同樣地曲管，一個(gè)? 100 G 磁場(chǎng)的強(qiáng)度要高于一個(gè)? 50 G磁場(chǎng)的強(qiáng)度却邓。
?BOP--磁場(chǎng)工作點(diǎn)；使霍爾器件開(kāi)啟的強(qiáng)化磁場(chǎng)強(qiáng)度院水。器件輸出的結(jié)果狀態(tài)取決于器件的獨(dú)特電子設(shè)計(jì)腊徙。
?BRP--磁場(chǎng)釋放點(diǎn)；使霍爾器件關(guān)斷的弱化磁場(chǎng)強(qiáng)度（對(duì)于某些類型的霍爾器件而言檬某，則是在給出正 BOP 的情況下的強(qiáng)化負(fù)磁場(chǎng)的強(qiáng)度）撬腾。器件輸出的結(jié)果狀態(tài)取決于器件的獨(dú)特電子設(shè)計(jì)。
BHYS--開(kāi)關(guān)點(diǎn)磁滯回差橙喘∈蓖遥霍爾器件的傳輸功能利用開(kāi)關(guān)點(diǎn)之間的這個(gè)偏移值來(lái)過(guò)濾掉在應(yīng)用中可能由機(jī)械振動(dòng)或電磁噪聲引起的磁場(chǎng)中的小的波動(dòng)值。BHYS= | BOP ? BRP|厅瞎。
鎖存型霍爾傳感器
鎖存型霍爾傳感器原理
鎖存型霍爾效應(yīng)傳感器是一種能鎖定輸出狀態(tài)的數(shù)字輸出霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)。鎖存器與雙極開(kāi)關(guān)類似初坠，它有正極 BOP和負(fù)極 BRP和簸，但卻能精確控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作。鎖存器要求正負(fù)極磁場(chǎng)同時(shí)工作碟刺。單獨(dú)的磁體位于強(qiáng)度（磁通量密度）足夠的南極（正極）磁場(chǎng)锁保，會(huì)使器件切換至開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)器件開(kāi)啟時(shí)半沽，它會(huì)鎖定狀態(tài)并保持開(kāi)啟爽柒，即時(shí)將磁場(chǎng)移開(kāi)也是如此，直到出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度足夠的北極（負(fù)極）磁場(chǎng)者填。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)極磁場(chǎng)時(shí)浩村，器件會(huì)關(guān)閉。它會(huì)鎖定更改的狀態(tài)并保持關(guān)閉占哟，即便將磁場(chǎng)移開(kāi)也是如此心墅，直到出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度足夠的南極（正極）磁場(chǎng)酿矢。
圖 2-3 顯示了檢測(cè)轉(zhuǎn)軸位置的應(yīng)用。多個(gè)磁體集中在一個(gè)被稱為“環(huán)形磁鐵”的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)內(nèi)怎燥，它包含相反的磁極交替排列的區(qū)域瘫筐。與每個(gè)環(huán)形磁體相鄰的 IC 封裝就是霍爾鎖存器件。軸旋轉(zhuǎn)時(shí)铐姚，霍爾器件與南極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí)開(kāi)啟策肝，在與北極磁場(chǎng)相對(duì)時(shí)關(guān)閉。請(qǐng)注意：器件的標(biāo)記面應(yīng)面向環(huán)形磁鐵隐绵。
什么是標(biāo)記面驳糯？
答：磁極面向器件封裝的標(biāo)記面。標(biāo)記面上有器件的識(shí)別標(biāo)志氢橙，例如部分型號(hào)或日期代碼酝枢。
圖 2-3.使用環(huán)形磁鐵的兩個(gè)鎖存型器件
在直流無(wú)刷電機(jī)中，這種應(yīng)用很普遍悍手。如2-4所示帘睦，在電機(jī)軸上固定一個(gè)磁性輪，在磁性輪的周圍布置三個(gè)霍爾傳感器坦康，通過(guò)三個(gè)霍爾傳感器來(lái)感應(yīng)電機(jī)的位置竣付。
圖2-4 無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用霍爾傳感器
典型工作狀態(tài)
鎖存霍爾傳感器的開(kāi)關(guān)點(diǎn)以對(duì)稱方式圍繞中性磁場(chǎng)(B =?0 G)，如圖 2-5 所示滞欠。開(kāi)關(guān)點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等古胆，但磁極相反。例如筛璧，如果工作點(diǎn) BOP是 85 G（表示南極的正值）逸绎，釋放點(diǎn) BRP是 -85G（表示北極的負(fù)值）。鎖定最近的狀態(tài)能防止器件在受到弱磁場(chǎng)影響時(shí)切換夭谤。
鎖存開(kāi)關(guān)會(huì)在強(qiáng)南極磁場(chǎng)中開(kāi)啟棺牧，產(chǎn)生的輸出信號(hào)是低邏輯電位，（在輸出晶體管飽和電壓條件下朗儒，VOUT(sat)颊乘，通常是 <200 mV，可以認(rèn)為輸出為“0”）醉锄。鎖存開(kāi)關(guān)會(huì)在強(qiáng)北極磁場(chǎng)中關(guān)閉乏悄，產(chǎn)生的輸出信號(hào)是高邏輯電位（最高為全電源電壓， VCC恳不，可以認(rèn)為輸出為“1”）檩小。由于開(kāi)關(guān)狀態(tài)已鎖定，所以當(dāng)磁場(chǎng)介于開(kāi)關(guān)點(diǎn)的磁滯范圍（在 BOP 和 BRP 之間）內(nèi)時(shí)妆够，這些器件不會(huì)切換识啦。由于在兩個(gè)方向進(jìn)行切換前负蚊，必須穿過(guò) 0 G 點(diǎn)，所以磁滯范圍相對(duì)要比其他類型的霍爾開(kāi)關(guān)的更寬颓哮。
圖 2-5.鎖存開(kāi)關(guān)的輸出特性
如何直觀的理解圖2-5家妆？其實(shí)很簡(jiǎn)單，當(dāng)鎖存型霍爾傳感器工作在N極下且其磁感應(yīng)強(qiáng)度的絕對(duì)值大于BOP時(shí)冕茅，也就是圖5中紅線左側(cè)伤极，這時(shí)候鎖存型霍爾傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大于BOP時(shí)姨伤，鎖存型霍爾傳感器開(kāi)啟哨坪。反之，當(dāng)鎖存型霍爾傳感器處于開(kāi)啟狀態(tài)乍楚，但是磁感應(yīng)強(qiáng)度慢慢減小当编，等減小到小于BRP 時(shí)，鎖存型霍爾傳感器切換為關(guān)閉狀態(tài)徒溪。
若與 BRP 相比忿偷，磁場(chǎng)仍偏正，則器件仍保持在開(kāi)啟狀態(tài)且輸出狀態(tài)保持不變臊泌。即使在 B 的正性比 BOP 略低（在開(kāi)關(guān)磁滯 BHYS 的內(nèi)置區(qū)內(nèi)）的情況下也是如此鲤桥。箭頭轉(zhuǎn)為向左表示磁場(chǎng)正性減少、逐漸變負(fù)渠概。
圖2-6為以鎖存型霍爾傳感器的實(shí)物圖茶凳，圖2-7對(duì)應(yīng)為其內(nèi)框圖。
圖2-6 霍爾傳感器實(shí)物
圖2-7 鎖存型霍爾傳感器功能框圖
通過(guò)功能框圖可知該型號(hào)的霍爾傳感器需要外接上拉電阻播揪，如圖2-8所示贮喧。當(dāng)霍爾傳感器工作在S極下時(shí)，VOUT被下拉到地剪芍，輸出0塞淹。當(dāng)工作在N極下時(shí)，VOUT的電壓有外部電源決定罪裹，輸出1。
圖2-8 霍爾傳感器電路圖
