基于霍尔效应传感器的电机速度控制方案设计（基于霍尔效应传感器的电机速度控制方案）

作者：毛里齐奥迪保罗埃米利奥

霍尔效应传感器响应磁场而改变其输出电压。霍尔效应器件用作接近传感器，用于定位、速度和电流检测。它们广泛应用于电机控制系统。霍尔效应传感器是一种长期解决方案，因为没有机械部件会随着时间的推移而磨损。集成软件包减少了系统的规模和实施的相对复杂性。借助多种可用于计算位置、速度和电流感测的技术解决方案，设计人员可以选择最佳选项来实现其目标。设计决策的关键要素包括成本、分辨率、准确性、可靠性和上市时间要求。

检查霍尔效应

霍尔效应是当流过导体（或半导体）的电流受到磁场影响时可以测量到的电压。在这些条件下，由于洛伦兹力（电磁力）和电力的平衡，会产生垂直于所施加电流的横向电压。磁场影响导体（或半导体）内部流动的移动电荷。图1 显示了磁场中电荷通过半导体的流动。移动的电子(q) 受到朝向导体一侧的磁力，在另一侧留下净正电荷。这种电荷分离产生称为霍尔电压的电压。

霍尔电压（Vh）垂直于电流方向，由以下公式表示：

其中J 是电流密度，Bz 是沿z 方向的磁场，w 是物理尺寸，如图1 所示，Rh 是霍尔常数，如果多数载流子是电子，则该常数为负。则正载流子为空穴。载流子速度是统计测量的结果，磁场的非线性效应可以改变实验获得的结果。因此，修正项rh包含在常数中，通常可以取1到1.5之间的值。

图1：n 型方形封装中的霍尔效应（尺寸w w）（图片：Allegro MicroSystems）

霍尔效应的一个基本特征是沿一个方向移动的正电荷与沿相反方向移动的负电荷之间的差异。霍尔效应器件产生浅信号电平，因此需要放大级。许多设备将传感器芯片和高增益放大器电路集成到单个封装中。

任何霍尔效应传感设备的设计都需要一个能够对通过电子输入接口感测到的物理参数做出响应的磁性系统。霍尔效应传感器检测磁场并生成模拟或数字信号，这些信号根据电子系统的要求适当地转换为标准。设计阶段的目标是定义构成图2 所示检查设备的四个模块中的每一个。

图2：霍尔效应传感器的设计布局

最近的技术进步进一步在单个封装中添加了模数转换器和I2C 通信协议，以便直接连接到微控制器的I/O 端口。

设备和应用

霍尔效应技术已在各种应用中取代了许多传统测量技术，包括液位测量和电机控制。选择正确的设备取决于所需的精度和检查水平。

对于高精度应用，线性器件可以与微处理器结合使用。线性设备根据霍尔元件产生的磁场变化提供绝对模拟位置，而微处理器中的搜索算法则解释磁体的位置。选择的线性装置取决于所需的精度。可能的方案包括Allegro MicroSystems 的可编程A132x 或A138。

图3：APS12626 的框图（图片：Allegro）

Allegro 垂直霍尔效应技术(AVHT) 与传统平面霍尔效应技术相结合，创造出可以在单个晶圆上执行二维传感的设备。 Allegro 的A1262 和APS12626 输出检测到的正交信号以进行进一步处理以确定目标速度和方向（图3）。

编辑：hfy