霍尔传感器在电机中的应用

说起霍尔传感器，相信很多朋友都听说过，它在我们的生活中应用的非常广，那么，霍尔传感器对电机有什么作用?下面我们来了解一下。

**霍尔传感器对电机起什么作用 **

霍尔器件用于检测电机的电枢电流，特点是非接触式电流采样，对原电路影响小，功耗较小，可测量直流或交流信号，精度和线性度较好。

　　

霍尔元件只是一个磁场传感器，作用是检测磁极的位置，由于霍尔测出的结果只是脉冲，起到控制无刷电机速度的作用。

霍尔传感器的分类

霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

(一)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。

(二)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。.

开关型

其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

锁存型

当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变(即锁存状态)，必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。必须跨越0 Gauss点，已实现开关动作，同时需要N极和S极。

线性型

输出电压与外加磁场强度呈线性关系，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

　　

下图为搭载线性霍尔的电流模组

**开环式电流传感器 **

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

霍尔电流传感器工作原理，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。

闭环式霍尔电流传感器 ：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。

如下图，闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。与开环式霍尔电流传感器相比，闭环式霍尔电流传感器多了副边补偿绕组，正是副边补偿绕组，将闭环式霍尔电流传感器的性能进行了大幅度提升。

闭环式霍尔电流传感器工作原理

放大电路接受霍尔元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流产生的磁场在气隙处大小相等，方向相反，抵消原边磁场，形成负反馈闭环控制电路。

若副边电流过小，产生的磁场不足以抵消原边磁场，放大电路将输出更大的电流，反之，放大电路输出电流减小，从而维持气隙处的磁场平衡。

若原边电流发生变化，气隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样会调节副边输出电路，使磁场重新达到平衡。

宏观上讲，气隙处将一直维持零磁通，保持磁平衡，这也是零磁通互感器及磁平衡霍尔电流传感器名称的来由。

下面简单描述霍尔传感器在电机中的应用。

无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似，有刷直流电机采用机械的电刷和换向器对绕组中的电流进行换向。而无刷电机采用电子方式对绕组电流换向。

直流电机中转矩是通过永磁体磁场和绕组中的电流相互作用产生的，在有刷电机中，换向器通过切换电枢绕组实现电枢电流的换向与合适的磁场。而无刷直流电机中，霍尔位置传感器探测转子旋转磁场的位置，通过逻辑与驱动电路，给相应的绕组激励。总的说来，绕组根据电机永磁体的磁场作出反应，从而产生需要的转矩。如图1是一种三相8极(四对磁极)无刷直流电机基本组成：

旋转的永磁体转过双极型数字霍尔传感器时，会使双极型数字霍尔传感器状态发生改变。如上图中8极磁体无刷直流电机中，每两个南极之间相隔90度，霍尔传感器相隔120度放置，此时霍尔传感器之间电角度相隔30度。南极靠近时，双极型数字霍尔传感器转换工作状态，当第一个数字霍尔传感器在0度电角度转为工作状态时，第二个数字霍尔传感器在30度电角度时工作，第三个数字霍尔传感器在60度电解时工作。

当北极经过双极数字型霍尔传感器时，数字霍尔传感器会转为释放状态，旋转的8极磁体的每个北极与相邻的南极之间为45度，因此，数字霍尔传感器在磁体转过45度后，会由工作状态转为释放状态。如图2为数字霍尔传感器控制的输出电平状态。

上述三个双极型数字霍尔传感器的输出作为转子位置的编码器使用，将磁体的位置和极性信息作为信号发送给逻辑电路，用于开断H形桥式功率管，如图3，三相无刷直流电机典型驱动电路。

图中R1，S1，T1可以由上述信号驱动，而R2，S2，T2由上述信号反相后驱动。这样，根据旋转磁体的位置，每对功率管会相应地开通或判断，从而以正确的顺序、在正确的时间为电机绕组提供电流。