直流無刷電機霍爾集成電路按功能和應(yīng)用可分為線性型和開關(guān)型兩大類:
1、線性型霍爾集成電路
線性型霍爾集成電路是由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、輸出級等部分組成的集成電路,其輸出為與磁場強度成線性關(guān)系的輸出電壓,可用于磁場測量、電流測量、電壓測量等。一般不用作直流無刷電機機轉(zhuǎn)子位置傳感器。
2、開關(guān)型霍爾集成電路
開關(guān)型霍爾集成電路是由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級等部分組成的集成電路。其輸出為開關(guān)(邏輯)信號。霍爾開關(guān)的輸入信息是以磁通密度B來表征的,當(dāng)芯片法線方向上的B值增大到一定的程度后(動作值Bop),霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)為低電平;當(dāng)B值降低到低于(返回值Brp),霍爾開關(guān)的輸出翻轉(zhuǎn)為高電平。動作值Bop與返回值Brp之差稱為回差。輸出端一般采用集電極開路輸出,能夠與各種類型電路兼容。
開關(guān)型霍爾集成電路中有一種稱為鎖存型霍爾集成電路,其特征為:動作值Bop和返回值Brp相對S極和N極磁場是對稱動作的,有Bop≈-Brp。例如UCN3175鎖存型霍爾集成電路就是這樣的雙極性對稱的開關(guān)霍爾集成電路。它的動作值在+B區(qū)(即S極磁場),返回值在-B區(qū)(即N極磁場)。在S極磁場的某一磁通密度(≥Bop)下,它的輸出是導(dǎo)通狀態(tài)(ON,低電平),當(dāng)S極逐漸離開該IC、磁通密度為零時,它的輸出仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有磁場轉(zhuǎn)變?yōu)镹極并達(dá)到Brp值時,輸出才翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)(OFF高電平),這種電路在S-M-S-N交替變化磁場下的輸出波形占空比接近50%,適合于有多極環(huán)形永磁轉(zhuǎn)子的直流無刷電機位置檢測。
直流無刷電機霍爾集成電路如何選擇(1)推薦選擇鎖存型或接近鎖存特性(有對稱特性)的開關(guān)型霍爾集成電路。鎖存型霍爾集成電路在直流無刷電機交替變化轉(zhuǎn)子磁場下,其輸出波形占空比接近于1:1,符合直流無刷電機對位置傳感器信號的要求。如果采用普通的開關(guān)型霍爾集成電路作位置傳感器,在S極和N極下的輸出不對稱,可能會影響到電機的效率,并引起附加的轉(zhuǎn)矩波動。
?。?)選擇較高溫度等級的霍爾集成電路。特別是霍爾芯片直接安放在主定子上情況,當(dāng)電機短時過載時,電機的繞組及繞組附近的局部溫度可能達(dá)到110~130℃以上,此時,霍爾電路有可能不能可靠工作,甚至發(fā)生不可逆的損壞。此時,選擇工作溫度150℃的霍爾集成電路是必要的。
?。?)推薦選用雙極工藝生產(chǎn)的霍爾集成電路?;魻柤呻娐酚袃煞N制造工藝生產(chǎn):雙極工藝和CMOS工藝。一般用CMOS工藝生產(chǎn)的芯片抗靜電能力較差,如果電機生產(chǎn)線上沒有特別的防靜電設(shè)施,在焊接過程中霍爾傳感器很容易受到靜電損傷。在高溫或潮濕環(huán)境下,受到靜電傷害的霍爾傳感器特別容易失效。以雙極工藝生產(chǎn)的電機霍爾集成電路抗靜電能力較好,能基本滿足無靜電防護設(shè)施電機生產(chǎn)廠家的要求。
?。?)選擇高一些靈敏度的霍爾傳感器通常會有較好的穩(wěn)定性。宜選擇動作值Bop、返回值Bp、和回差小的霍爾集成電路產(chǎn)品。
?。?)在焊接過程中,為了不使霍爾元件受到過熱,應(yīng)采用溫控電烙鐵,縮短焊接時間。使用高質(zhì)量的低溫焊錫,焊接時間小于3s,溫度不要超過300℃。電烙鐵甚至操作工人的手腕圈接地等防靜電措施都是必要的?;魻柶骷囊_盡量避免彎曲。若必須彎曲時則應(yīng)選擇在距引線根部3mm以外。焊接點距離霍爾器件引腳根部3mm以上。
?。?)霍爾傳感器芯片安裝的位置要準(zhǔn)確。特別是對于極對數(shù)p很多的直流無刷電機,因為電角度與機械角有p倍關(guān)系,如果霍爾傳感器芯片安裝位置機械角度稍有偏離,會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置的電角度有很大誤差,影響電機性能。嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致?lián)Q相邏輯混亂,造成控制器和電機損壞。一般,霍爾傳感器芯片安裝偏離正確理論位置在10°(電角度)以內(nèi),對電機性能影響較小,可以接受。
(7)霍爾集成電路的極性不能接反,如果極性接反,有可能損壞芯片。不過,有些品牌的霍爾集成電路已經(jīng)具有電源反接保護功能。
?。?)霍爾集成電路的使用電壓范圍較寬,但使用時電壓宜低不宜高,一般在4.5~6V為宜,過高的電源電壓會引起電路的溫度升高,可能使電路工作不穩(wěn)定。
(9)附加必要的保護電路?;魻栯娐返碾娫炊丝赡艹霈F(xiàn)由控制器主開關(guān)工作過程引起的過電壓電脈沖,需要考慮用保護電路去吸收,通常的辦法是用較大電容及穩(wěn)壓二極管?;魻栭_關(guān)電路輸出端通常是開路集電極,需要接合適的上拉電阻。
(10)直接安放在主定子使得霍爾芯片受到強電磁干擾,需要特別注意采取防干擾措施。長距離傳輸霍爾IC信號時,可在開關(guān)輸出與地之間加接一只藕電容器,消除干擾脈沖。