霍爾傳感器在電機(jī)中的應(yīng)用

說起霍爾傳感器，相信很多朋友都聽說過，它在我們的生活中應(yīng)用的非常廣，那么，霍爾傳感器對電機(jī)有什么作用?下面我們來了解一下。

**霍爾傳感器對電機(jī)起什么作用 **

霍爾器件用于檢測電機(jī)的電樞電流，特點(diǎn)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(gè)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(jī)速度的作用。

霍爾傳感器的分類

霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。

(一)開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱為鎖鍵型霍爾傳感器。

(二)線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。

線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測量。.

開關(guān)型

其中BOP為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。Bop與BRP之間的滯后使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。

鎖存型

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，而在外磁場撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變(即鎖存狀態(tài))，必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。必須跨越0 Gauss點(diǎn)，已實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作，同時(shí)需要N極和S極。

線性型

輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，在B1～B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。

下圖為搭載線性霍爾的電流模組

**開環(huán)式電流傳感器 **

由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。

霍爾電流傳感器工作原理，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出。

閉環(huán)式霍爾電流傳感器 ：零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器等。

如下圖，閉環(huán)式霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件、放大電路和副邊補(bǔ)償繞組。與開環(huán)式霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)式霍爾電流傳感器多了副邊補(bǔ)償繞組，正是副邊補(bǔ)償繞組，將閉環(huán)式霍爾電流傳感器的性能進(jìn)行了大幅度提升。

閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理

放大電路接受霍爾元件的輸出，并放大為電流信號提供給副邊補(bǔ)償繞組，副邊補(bǔ)償繞組在磁芯中產(chǎn)生的磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場在氣隙處大小相等，方向相反，抵消原邊磁場，形成負(fù)反饋閉環(huán)控制電路。

若副邊電流過小，產(chǎn)生的磁場不足以抵消原邊磁場，放大電路將輸出更大的電流，反之，放大電路輸出電流減小，從而維持氣隙處的磁場平衡。

若原邊電流發(fā)生變化，氣隙處磁場平衡被破壞，負(fù)反饋閉環(huán)控制電路同樣會(huì)調(diào)節(jié)副邊輸出電路，使磁場重新達(dá)到平衡。

宏觀上講，氣隙處將一直維持零磁通，保持磁平衡，這也是零磁通互感器及磁平衡霍爾電流傳感器名稱的來由。

下面簡單描述霍爾傳感器在電機(jī)中的應(yīng)用。

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

直流電機(jī)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(jī)中，換向器通過切換電樞繞組實(shí)現(xiàn)電樞電流的換向與合適的磁場。而無刷直流電機(jī)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(dòng)電路，給相應(yīng)的繞組激勵(lì)?？偟恼f來，繞組根據(jù)電機(jī)永磁體的磁場作出反應(yīng)，從而產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩。如圖1是一種三相8極(四對磁極)無刷直流電機(jī)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(shí)，會(huì)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(jī)中，每兩個(gè)南極之間相隔90度，霍爾傳感器相隔120度放置，此時(shí)霍爾傳感器之間電角度相隔30度。南極靠近時(shí)，雙極型數(shù)字霍爾傳感器轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)字霍爾傳感器在0度電角度轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)，第二個(gè)數(shù)字霍爾傳感器在30度電角度時(shí)工作，第三個(gè)數(shù)字霍爾傳感器在60度電解時(shí)工作。

當(dāng)北極經(jīng)過雙極數(shù)字型霍爾傳感器時(shí)，數(shù)字霍爾傳感器會(huì)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)的8極磁體的每個(gè)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(huì)由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)。如圖2為數(shù)字霍爾傳感器控制的輸出電平狀態(tài)。

上述三個(gè)雙極型數(shù)字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，如圖3，三相無刷直流電機(jī)典型驅(qū)動(dòng)電路。

圖中R1，S1，T1可以由上述信號驅(qū)動(dòng)，而R2，S2，T2由上述信號反相后驅(qū)動(dòng)。這樣，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁體的位置，每對功率管會(huì)相應(yīng)地開通或判斷，從而以正確的順序、在正確的時(shí)間為電機(jī)繞組提供電流。