闫晓伟
河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心，河南 郑州 450000
摘要：在无刷电机驱动控制中，利用霍尔元件检测转子位置，用其感应信号传输位置或速度偏差电压控制系统，即利用霍尔元件的乘法函数产生与偏差成比例的无刷电机转矩。如果在实际应用中正确使用霍尔集成传感器，可以大大简化控制系统，使其性能更加稳定。
关键词：霍尔传感器；无刷电机；驱动控制
1 霍尔元件用作无刷电机磁敏元件原理
1.1 霍尔元件工程原理
霍尔元件是基于霍尔效应原理由半导体材料制成的。换句话说，当导体电位置于磁场中，其电流方向与磁场方向一致时，载流导体的两个平行于电流和磁场的表面之间会产生一个称为霍尔电位的电压，如图所示1磁场的大小等于激发强度。
UH=KHBlcosθ
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图1 霍尔元件基本测量电路
式中:KH单位灵敏度系数;
B为磁感应强度;
I激发通过霍尔元件的电流;
从上述方程可以看出，当环境温度和激励电流不变时，霍尔电位与磁场强度成正比。因此，可以通过检测霍尔元件的输出电压来检测磁场的强度。
1.2 霍尔元件用作无刷电机磁极位置检测
永磁钢通常用于无刷电机，交流或通过定子线圈的脉动电流。所述方法可以省去电刷和换向器以产生旋转磁场。磁极与旋转永磁磁极钢之间的转矩角的旋转磁场应保持在接近一半的范围内，这样才能产生良好的转矩。
因此，霍尔元件可以作为磁传感器来检测转子位置，信号用于激励定子线圈。图1给出了无刷电机霍尔元件的磁极位置检测电路。霍尔元件H的输出电压随着电机旋转时磁场的变化而变化。晶体管T和T2交替打开和关闭，从A端和B端输出两个相反的信号。电极电阻可根据输出电压调节，霍尔元件H可为5F-MS-07f。
2 采用霍尔元件的无刷电机驱动电路
2.1 霍尔元件感应信号的放大驱动
由霍尔元件产生的信号需要通过驱动和放大来激励定子线圈。图2显示了霍尔元件的无刷电机驱动电路,工作原理:利用两个霍尔组件H连接的两相绕组换向器电动机,电动机绕组的L \和Lq和Ls和我有一个阶段的电角度180°的开关,有一个90°阶段霍尔元件H和H2电角之间的关系。图2中的霍尔元件有两种功能:一是检测转子位置，e是检测传输控制系统的位置或速度偏差电压。
由于永磁体转子的旋转，霍尔元件开关控制的电流依次在定子绕组中产生旋转磁场。此时，流过绕组的电流与流过霍尔元件H的电流成正比。
霍尔元件的电流与马达转速偏差的扭矩成正比。由于电流与速度偏差成正比，电机绕组L中的感应电压通过二极管D整流平滑，并与可变电位计的参考电压RP进行比较。霍尔元件采用恒流驱动方式，电流切换方便。
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图2 应用霍尔元件的无刷电机的驱动电路
在图2中，RP1用于调速，RP2用于电路平衡，热敏电阻R1用于温度补偿。根据T1、T2、T3和T4的选择和结构(例如:达林顿结构等。)，可驱动相应功率的电机。
2.2 霍尔元件与无刷直流电机组成驱动电路
本文介绍1种三洋公司的LB1690与霍尔元件结合应用于直流无刷电机的驱动控制。工作过程如图3所示，电源VCC经IC1芯片稳压后输出5V,一路经电容C6滤波后送LB1690,作为其工作电源;另一路经电阻R4、R6分压限流给霍尔元件供电。电机电流相位角度考虑,霍尔元件H1、H2、H3用于检测转子位置。霍尔元件检测到的信号经电容C7、C8、C9滤波,送到磁滞放大器，经信号处理后送逻辑运算器,最后输出6路信号,以一定的逻辑关系控制功率管T1~T6的导通和关断。T1~T6组成三相功率桥给电动机绕组供电;D1~D6为相应的反向续流二极管回路;A、B、C为无刷直流电机的三相绕组。6种通电方式完全对称，所以在稳定运行情况下,无刷直流电机的机电能量总过程是1/6基本周期为重复周期,C3、C4、C5为三相功率输出用以滤去高次谐波的滤波电容;C1、C2为电源VCC的滤波电容;Rf为限流电阻,当Rf上的电压超过0.5V时,功率桥下侧功率管便封闭输出,从而停止给电动机三相绕组通电,起到保护功率管的作用;R1、R2、R3、R5、R7以及三极管组成电机风机的运转,停止控制电路,当CON小于0.6V时,三极管截止,LB1690的12脚电位上拉至2.5V左右,此时风机停止运转。
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图3 LB1690应用于直流无刷电机控制图
3 霍尔集成传感器应用于无刷电机驱动
集成霍尔传感器是采用CMOS技术将霍尔元件、放大器、施密特触发器和输出电路集成在一个芯片上，即集成到集成霍尔传感器中，其优点是集成度高，同样功能集成在一个非常小的芯片上，应用于无刷电机驱动，由于输出信号较大，性能稳定，使电路更加简化和改进。
3.1 利用UGN3235组成无刷直流电机驱动电路
UGN3235是一种Houle开关集成芯片，它是UGN3235电路的框图。它包含一个Houle电压发生器，两个Schmitt触发器，一个稳压器，两个输出晶体管，一个反极性保护电路，稳定电路和保护电路。
无刷直流电机驱动电路由UGN3235组成。其中L1和L2是电机的绕组线圈，C1是去耦电容。两个独立的输出开关对应N极和S极。来自2个引脚的响应输出是来自磁场S极的正磁通，来自3个引脚的响应输出是来自磁场N极的负磁通。通过T1和T2管放大后，电机线圈被驱动。
3.2 UDN3625M和UDN3626M霍尔传感驱动器
UDN3625M和UDN3626M是功率霍尔传感器/驱动器单片IC，无刷直流电机的功能框图，该芯片为许多小型单相、单极无刷直流电机应用提供单片控制和直接驱动解决方案，只需很少的外部设备。集成了高灵敏度霍尔效应传感器、控制和变换器逻辑、稳定调节器、自我和系统保护功能以及两个高电流饱和NPN输出。最大（默认）输出负载电流为113A，对于UDN3625M-UDN3626M为600mA。独立的低电平输出可为电机转速控制和堵转状态检测提供测速能力。该装置可由小型单相单极无刷电机控制和驱动，只需少量的外部元件。对于适当的外部逻辑电路，脉冲宽度调制（PWM）速度控制可以在输出电流调节脚上完成。
4 结语
由于霍尔元件应用于无刷电机控制系统中，所以在电机定子中产生的感应电压主要用于克服电机在感应电压下运行时由于电刷接触电阻的变化而引起的速度不稳定。特别是霍尔集成传感器由于其优异的性能和比速度传感器更低的成本而被广泛应用，在电机控制技术中使用非常方便。
参考文献：
[1]程民利.基于霍尔传感器的高精度测速电路设计.职业技术教育学,2014-01.
[2]何玮怡.霍尔电流传感器的特点分析.文化科学,2016-12.