霍爾傳感器工作原理及在電機中的應(yīng)用

霍爾傳感器是全球排名第三的傳感器產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、汽車業(yè)、電腦、手機以及新興消費電子領(lǐng)域。

未來幾年，隨著越來越多的汽車電子和工業(yè)設(shè)計企業(yè)轉(zhuǎn)移到中國，霍爾傳感器在中國市場的年銷售額將保持20%到30%的高速增長。

與此同時，霍爾傳感器的相關(guān)技術(shù)仍在不斷完善中，可編程霍爾傳感器、智能化霍爾傳感器以及微型霍爾傳感器將有更好的市場前景。

霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。

后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多，當電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。霍爾效應(yīng)使用左手定則判斷。

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。

那么，霍爾傳感器對電機有什么作用?下面我們來了解一下。

霍爾器件用于檢測電機的電樞電流，特點是非接觸式電流采樣，對原電路影響小，功耗較小，可測量直流或交流信號，精度和線性度較好。

霍爾元件只是一個磁場傳感器，作用是檢測磁極的位置，由于霍爾測出的結(jié)果只是脈沖，起到控制無刷電機速度的作用。

無刷直流電機的工作原理本質(zhì)上與有刷電機類似，有刷直流電機采用機械的電刷和換向器對繞組中的電流進行換向。而無刷電機采用電子方式對繞組電流換向。

直流電機中轉(zhuǎn)矩是通過永磁體磁場和繞組中的電流相互作用產(chǎn)生的，在有刷電機中，換向器通過切換電樞繞組實現(xiàn)電樞電流的換向與合適的磁場。而無刷直流電機中，霍爾位置傳感器探測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的位置，通過邏輯與驅(qū)動電路，給相應(yīng)的繞組激勵?？偟恼f來，繞組根據(jù)電機永磁體的磁場作出反應(yīng)，從而產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩。

目前在無刷直流電機中應(yīng)用較多的是鎖存型霍爾傳感器，市面上常見的通用雙極鎖存型霍爾傳感器型號有矽睿半導(dǎo)體的SWH477HF/SWU477H/SWU475A/SWU463A/SWU453等。

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)開關(guān)。鎖存器與雙極開關(guān)類似，它有正極 BOP和負極 BRP，但卻能精確控制開關(guān)動作。鎖存器要求正負極磁場同時工作。單獨的磁體位于強度（磁通量密度）足夠的南極（正極）磁場，會使器件切換至開啟狀態(tài)。當器件開啟時，它會鎖定狀態(tài)并保持開啟，即時將磁場移開也是如此，直到出現(xiàn)一個強度足夠的北極（負極）磁場。當出現(xiàn)負極磁場時，器件會關(guān)閉。它會鎖定更改的狀態(tài)并保持關(guān)閉，即便將磁場移開也是如此，直到出現(xiàn)一個強度足夠的南極（正極）磁場。

如圖是一種三相8極(四對磁極)無刷直流電機基本組成：旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)過雙極型數(shù)字霍爾傳感器時，會使雙極型數(shù)字霍爾傳感器狀態(tài)發(fā)生改變。如上圖中8極磁體無刷直流電機中，每兩個南極之間相隔90度，霍爾傳感器相隔120度放置，此時霍爾傳感器之間電角度相隔30度。

南極靠近時，雙極型數(shù)字霍爾傳感器轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，當?shù)谝粋€數(shù)字霍爾傳感器在0度電角度轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時，第二個數(shù)字霍爾傳感器在30度電角度時工作，第三個數(shù)字霍爾傳感器在60度電解時工作。

當北極經(jīng)過雙極數(shù)字型霍爾傳感器時，數(shù)字霍爾傳感器會轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)的8極磁體的每個北極與相鄰的南極之間為45度，因此，數(shù)字霍爾傳感器在磁體轉(zhuǎn)過45度后，會由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)。

上述三個雙極型霍爾傳感器的輸出作為轉(zhuǎn)子位置的編碼器使用，將磁體的位置和極性信息作為信號發(fā)送給邏輯電路，用于開斷H形橋式功率管。這樣，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁體的位置，每對功率管會相應(yīng)地開通或判斷，從而以正確的順序、在正確的時間為電機繞組提供電流。

審核編輯 黃宇