锁存型霍尔IC的定义和典型应用实例

全面认知·锁存型霍尔IC

霍尔IC是一种能够进行高/低电平数字信号输出的传感器，交替检测S极和N极磁场的霍尔IC被称为锁存型霍尔IC。

什么是锁存型霍尔IC？

锁存型霍尔IC通过磁铁S极和N极的磁极切换进行工作（参见《全面认知·霍尔IC》），长期以来，被广泛用于直流无刷电机转子磁铁的磁极检测。近年来，锁存型霍尔IC还被用于简单的旋转编码器等应用中。

典型应用实例

直流无刷电机

直流无刷电机利用直流电旋转，可高效运行且无需维护，应用于空调风机和白色家电的主电机中。相关原理的详细信息，可参阅《全面认知·超高灵敏度霍尔元件》一文。

直流无刷电机的主要构成部件是磁铁、霍尔IC和线圈。

所谓的转子，即是一块磁铁，位于中心位置，如图1所示。定子是一个线圈，根据霍尔IC的输出信号进行通电或断电。霍尔IC安装在转子磁铁产生最大磁场的位置，以检测转子磁铁的磁场。霍尔IC能够有效控制通电线圈，通过定时切换线圈产生的磁场位置和方向，反复与转子磁铁发生相吸相斥，使转子磁铁朝一个方向持续旋转。

图1 直流无刷电机原理图

这基本上只是将超高灵敏度霍尔元件（1）直流无刷电机的霍尔元件替换成霍尔IC，而使用霍尔IC后不再需要霍尔元件后段的放大电路，并且输出电压为高/低电平数字信号，具有很好的抗噪性能，尤其适用于电机与微控制器的接线较长的情况。输出信号可以直接输入到微控制器中，使用更加方便。

旋转编码器（增量式）

旋转编码器是一种用于测量旋转位置、旋转角度和旋转次数的传感器装置，适用于电机的旋转控制和旋转体角度位置检测。

旋转编码器的主要构成部件包括多极磁铁、两颗霍尔IC和旋转轴。

将圆柱形或圆环形多极磁铁安装在旋转轴上，使其与旋转方向保持水平。

以磁铁的S极和N极的一个极对为一周期时，两颗霍尔IC分别安装在相隔1/4周期的位置上。

*单颗霍尔IC也能检测磁极的切换，进而检测旋转位置和旋转角度。而通过配置两颗霍尔IC，可以提高旋转角度的检测分辨率，以及检测旋转方向。

图（2a）为转子沿顺时针旋转的示例。当磁铁旋转时，两颗霍尔IC的输出信号每1/4周期变化一次，通过输出信号变化可以检测出旋转体的运动距离。当磁铁进一步旋转时，霍尔IC输出一个脉冲序列，可以通过计算脉冲数来检测旋转次数。

此外，对两颗霍尔IC的输出信号进行逻辑运算，能够以二进制形式输出磁铁的旋转方向。

图（2a） 增量式旋转编码器的CW旋转状态和输出波形

图（2b）为转子沿逆时针旋转的示例。与图（2a）一样，输出信号以1/4周期变化，主要区别在于输出信号切换和顺时针方向时相反。

例如，在图（2a）的顺时针方向上，两颗霍尔IC在位置(4)和(8)时输出高电平，而在旋转1/4圈后的位置(5)和(9)，则输出H1:L和H2:H。

当逆时针旋转时，两颗霍尔IC在位置(7)和(3)输出高电平，而在旋转1/4圈后的位置(6)和(2)，输出H1:H和H2:L，即H2先切换了输出信号，切换顺序发生了逆转。

因此，通过霍尔IC输出信号的切换顺序，可以检测出电机的旋转方向。例如，通过触发H1的上升沿和下降沿来进行两个输出信号的XOR逻辑运算，就可以得到H或L的结果，从而判断旋转的方向。

图（2b） 增量式旋转编码器的CCW旋转状态和输出波形

为什么锁存型霍尔IC适合用于旋转检测？

使用开关式霍尔IC进行转子检测，根据磁极数的不同，虽然输出的脉冲数与锁存型霍尔IC相同，但是占空比相对较差（图3）。

这是因为在锁存型霍尔IC中，Bop/Brp在0磁场上对称设置，占空比为50%，而在开关式中，Bop/Brp设置在同一极点。在单极检测情况下，N极区域为高电平输出，低电平时间较短。

图3 锁存型霍尔IC和开关式霍尔IC进行旋转磁铁的磁场检测时输出电压的差异

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