圖 1 顯示了霍爾效應開關反饋的最簡單的應用示例。三個霍爾傳感器被 120°相角隔開，通過轉子磁體觸發。這些傳感器每 60°獲得一個新的數字狀態，並據此產生圖 2 所示的開關樣式。因此
，可以知曉轉子位置
，分辨率為 60°；若將霍爾傳感器放置在合適的位置，就可以令信號轉換與線圈勵磁理想換向點精確匹配。 在這個包絡內，可以使用任意恒定的或脈寬調製 (PWM) 驅動信號為線圈供電，驅動電機運轉。

 

圖 1內部轉子 BLDC 電機

 

圖 2霍爾開關 S1 至 S3 在轉子旋轉一周過程中的開關模式

 

在(zai)許(xu)多(duo)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)中(zhong)
，霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)直(zhi)接(jie)檢(jian)測(ce)轉(zhuan)子(zi)磁(ci)體(ti)的(de)磁(ci)場(chang)。其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)機(ji)內(nei)部(bu)，暴(bao)露(lu)在(zai)高(gao)溫(wen)和(he)振(zhen)動(dong)中(zhong)
，缺(que)乏(fa)密(mi)封(feng)保(bao)護(hu)，氣(qi)體(ti)和(he)液(ye)體(ti)可(ke)能(neng)對(dui)部(bu)件(jian)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)。此(ci)外(wai)，安(an)裝(zhuang)新(xin)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，尤(you)其(qi)是(shi)更(geng)換(huan)故(gu)障(zhang)部(bu)件(jian)是(shi)非(fei)常(chang)細(xi)致(zhi)的(de)工(gong)作(zuo)
，費(fei)用(yong)很(hen)高(gao)。有(you)些(xie)電(dian)機(ji)在(zai)軸(zhou)上(shang)加(jia)裝(zhuang)一(yi)個(ge)磁(ci)環(huan)，通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)磁(ci)環(huan)來(lai)觸(chu)發(fa)霍(huo)爾(er)開(kai)關(guan)
，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)霍(huo)爾(er)開(kai)關(guan)遠(yuan)離(li)加(jia)熱(re)部(bu)件(jian)。圖(tu) 3 顯示的就是這類應用示例。這個解決方案的好處是溫度更低、更便於接觸並且提高了設計的靈活性，但這些優勢也是有代價的：增加了加裝磁碼盤的費用。在這類設計中，霍爾開關模式中的角度傳感器別具吸引力。

 

圖 3BLDC 電機，帶外部霍爾開關磁體

 

1
、傳感器類型

 

霍爾效應開關在兩種邏輯狀態之間切換
，這兩個開關點之間有一定的滯後。人們通常將這類器件分成兩個大類：單極開關，雙極鎖存。 這裏不考慮全極開關和雙極開關。

 

圖 4單極開關與雙極開關

 

單極開關

 

圖 4 介紹了單極開關的工作原理。當外加磁場穿過工作點 BOP 時，器件輸出開啟。若磁場被釋放，在 Brp 達到零場之前，器件切換回關閉狀態。通過一些滯後 Bhys 來避免兩種狀態之間發生瞬態快速切換事件。

 

雙極鎖存器

 

與單極開關相似，雙極鎖存器也在磁場穿過 Bop 後開啟。不過，釋放磁場之後，雙極鎖存器即使在零場中也會保持其狀態。隻有當極性反轉的磁場通過 Brp 後，器件才會返回到關閉狀態，如圖 4 所示。因此這些器件名副其實，能夠有效地鎖存其狀態。

 

1
、霍爾效應開關的要求

 

接下來，讓我們來看一些關於 BLDC 電機換向用霍爾效應開關的具體要求：

 

單極與雙極

 

傳感器的任務是準確地檢測轉子的位置。理想的情況是，轉子位置每次正好改變 60°時傳感器就提供一個換向信號
，不考慮電機速度和施加的扭矩

，每個傳感器每 180°切換一次輸出。圖 5 顯示了一個傳統的單極開關和兩個不同的雙極鎖存器的行為。可以看出，單極開關會帶來不平衡的占空比
，而雙極鎖存器在 Bop 和 Brp 絕對值相等時，占空比正好為 50％。靈敏度越高，延遲就越小，這就是首選接近 0mT 的開關點的原因。因此
，高靈敏度的雙極鎖存器是這個應用的最佳選擇。

 

圖 5不同霍爾開關的開關圖。高靈敏度的雙極鎖存器延遲最低
，占空比平衡

 

開關點精度

 

很hen遺yi憾han
，由you於yu半ban導dao體ti製zhi造zao過guo程cheng中zhong有you過guo程cheng差cha異yi
，所suo以yi無wu法fa創chuang造zao出chu相xiang同tong的de傳chuan感gan器qi。每mei個ge傳chuan感gan器qi都dou有you其qi個ge性xing，並bing且qie事shi實shi證zheng明ming
，磁ci開kai關guan點dian是shi一yi個ge嚴yan重zhong受shou工gong藝yi差cha異yi影ying響xiang的de參can數shu。此ci外wai
，環huan境jing的de影ying響xiang，例li如ru因yin二er次ci成cheng型xing或huo濕shi度du導dao致zhi的de機ji械xie應ying力li等deng
，也ye會hui導dao致zhi開kai關guan點dian在zai器qi件jian壽shou命ming期qi間jian發fa生sheng偏pian移yi。為wei了le減jian少shao這zhe些xie影ying響xiang

，一yi些xie霍huo爾er效xiao應ying開kai關guan采cai用yong斬zhan波bo原yuan理li
，通tong過guo一yi個ge巧qiao妙miao的de方fang法fa來lai消xiao除chu霍huo爾er探tan頭tou和he輸shu入ru放fang大da器qi級ji的de偏pian移yi。此ci技ji術shu允yun許xu用yong戶hu在zai僅jin具ju有you小xiao差cha異yi的de狹xia窄zhai窗chuang口kou內nei指zhi定ding開kai關guan點dian。由you此ci帶dai來lai的de機ji械xie應ying力li高gao抗kang性xing能neng也ye是shi TLE49x6 係列的另一大優勢。

 

圖7是顯示了有不同開關點差異的兩個雙極鎖存器之間的對比情況。可以看出，在最壞的情況下
，如果Bop和Brp正好在指定開關點範圍的任一端上
，占空比可能很不平衡。 部分器件采用上述斬波原理
，開關點的差異更小，因此對占空比的影響非常小，旋轉一整周過程中電機可以實現平衡致動。

 

圖 6開關點差異對占空比的影響較小的差異可以帶來平衡的占空比

 

延遲

 

磁場過零點後立刻換向，不應傳感器內部處理而被延遲。英飛淩的霍爾開關是基於一個輸入與輸出隻有微小延遲的快速信號路徑。

 

抖動

 

開關樣式的重複性是電機換向應用的另一個重要標準。用抖動參數來識別常規操作過程中開關點的變化幅度有多大。

 

圖 7固定式開關點與溫度補償式開關點

 

2、霍爾開關模式的角度傳感器

 

針對可以使用如圖 3 所示外部霍爾磁體的應用，有隻要一個傳感器就可以創建霍爾效應開關的開關模式
，基於獲諾貝爾獎的巨磁阻 (GMR) 效應原理，將標準矽處理工藝融入其成功的 iGMR 技術中。如圖 8 顯示，在電機軸上安裝一個簡單的圓柱形磁體，用於創建通過2
、3、4
、6、7
、8、12 和16 個極對驅動轉子所需的開關模式。憑借自動校準算法
，在溫度範圍和工作壽命期間可以獲得小於 1°的角度誤差（機械）

，其開關模式通常可以比最精確的霍爾開關提供的開關模式更準確。

 

對dui一yi些xie要yao求qiu更geng高gao轉zhuan矩ju平ping滑hua性xing的de電dian機ji來lai說shuo，隻zhi使shi用yong在zai大da多duo數shu無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji中zhong采cai用yong的de塊kuai換huan向xiang是shi不bu夠gou的de，它ta們men需xu要yao使shi用yong特te殊shu的de繞rao組zu設she計ji和he適shi配pei的de驅qu動dong算suan法fa來lai同tong步bu驅qu動dong電dian機ji。這zhe些xie永yong磁ci同tong步bu電dian機ji (PMSM) 通常需要更精確的反饋。

 

圖 8安裝霍爾傳感器
，軸上有一塊徑向磁體

 

 

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