全面認(rèn)知·鎖存型霍爾IC

霍爾IC是一種能夠進(jìn)行高/低電平數(shù)字信號輸出的傳感器，交替檢測S極和N極磁場的霍爾IC被稱為鎖存型霍爾IC。

什么是鎖存型霍爾IC？

鎖存型霍爾IC通過磁鐵S極和N極的磁極切換進(jìn)行工作（參見《全面認(rèn)知·霍爾IC》），長期以來，被廣泛用于直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鐵的磁極檢測。近年來，鎖存型霍爾IC還被用于簡單的旋轉(zhuǎn)編碼器等應(yīng)用中。

典型應(yīng)用實(shí)例

直流無刷電機(jī)

直流無刷電機(jī)利用直流電旋轉(zhuǎn)，可高效運(yùn)行且無需維護(hù)，應(yīng)用于空調(diào)風(fēng)機(jī)和白色家電的主電機(jī)中。相關(guān)原理的詳細(xì)信息，可參閱《全面認(rèn)知·超高靈敏度霍爾元件》一文。

直流無刷電機(jī)的主要構(gòu)成部件是磁鐵、霍爾IC和線圈。

所謂的轉(zhuǎn)子，即是一塊磁鐵，位于中心位置，如圖1所示。定子是一個(gè)線圈，根據(jù)霍爾IC的輸出信號進(jìn)行通電或斷電?；魻朓C安裝在轉(zhuǎn)子磁鐵產(chǎn)生最大磁場的位置，以檢測轉(zhuǎn)子磁鐵的磁場?；魻朓C能夠有效控制通電線圈，通過定時(shí)切換線圈產(chǎn)生的磁場位置和方向，反復(fù)與轉(zhuǎn)子磁鐵發(fā)生相吸相斥，使轉(zhuǎn)子磁鐵朝一個(gè)方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

圖1 直流無刷電機(jī)原理圖

這基本上只是將超高靈敏度霍爾元件（1）直流無刷電機(jī)的霍爾元件替換成霍爾IC，而使用霍爾IC后不再需要霍爾元件后段的放大電路，并且輸出電壓為高/低電平數(shù)字信號，具有很好的抗噪性能，尤其適用于電機(jī)與微控制器的接線較長的情況。輸出信號可以直接輸入到微控制器中，使用更加方便。

旋轉(zhuǎn)編碼器（增量式）

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種用于測量旋轉(zhuǎn)位置、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)次數(shù)的傳感器裝置，適用于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制和旋轉(zhuǎn)體角度位置檢測。

旋轉(zhuǎn)編碼器的主要構(gòu)成部件包括多極磁鐵、兩顆霍爾IC和旋轉(zhuǎn)軸。

將圓柱形或圓環(huán)形多極磁鐵安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，使其與旋轉(zhuǎn)方向保持水平。

以磁鐵的S極和N極的一個(gè)極對為一周期時(shí)，兩顆霍爾IC分別安裝在相隔1/4周期的位置上。

*單顆霍爾IC也能檢測磁極的切換，進(jìn)而檢測旋轉(zhuǎn)位置和旋轉(zhuǎn)角度。而通過配置兩顆霍爾IC，可以提高旋轉(zhuǎn)角度的檢測分辨率，以及檢測旋轉(zhuǎn)方向。

圖（2a）為轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的示例。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩顆霍爾IC的輸出信號每1/4周期變化一次，通過輸出信號變化可以檢測出旋轉(zhuǎn)體的運(yùn)動距離。當(dāng)磁鐵進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾IC輸出一個(gè)脈沖序列，可以通過計(jì)算脈沖數(shù)來檢測旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

此外，對兩顆霍爾IC的輸出信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，能夠以二進(jìn)制形式輸出磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向。

圖（2a） 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的CW旋轉(zhuǎn)狀態(tài)和輸出波形

圖（2b）為轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的示例。與圖（2a）一樣，輸出信號以1/4周期變化，主要區(qū)別在于輸出信號切換和順時(shí)針方向時(shí)相反。

例如，在圖（2a）的順時(shí)針方向上，兩顆霍爾IC在位置(4)和(8)時(shí)輸出高電平，而在旋轉(zhuǎn)1/4圈后的位置(5)和(9)，則輸出H1:L和H2:H。

當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩顆霍爾IC在位置(7)和(3)輸出高電平，而在旋轉(zhuǎn)1/4圈后的位置(6)和(2)，輸出H1:H和H2:L，即H2先切換了輸出信號，切換順序發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。

因此，通過霍爾IC輸出信號的切換順序，可以檢測出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。例如，通過觸發(fā)H1的上升沿和下降沿來進(jìn)行兩個(gè)輸出信號的XOR邏輯運(yùn)算，就可以得到H或L的結(jié)果，從而判斷旋轉(zhuǎn)的方向。

圖（2b） 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的CCW旋轉(zhuǎn)狀態(tài)和輸出波形

為什么鎖存型霍爾IC適合用于旋轉(zhuǎn)檢測？

使用開關(guān)式霍爾IC進(jìn)行轉(zhuǎn)子檢測，根據(jù)磁極數(shù)的不同，雖然輸出的脈沖數(shù)與鎖存型霍爾IC相同，但是占空比相對較差（圖3）。

這是因?yàn)樵阪i存型霍爾IC中，Bop/Brp在0磁場上對稱設(shè)置，占空比為50%，而在開關(guān)式中，Bop/Brp設(shè)置在同一極點(diǎn)。在單極檢測情況下，N極區(qū)域?yàn)楦唠娖捷敵?，低電平時(shí)間較短。

圖3 鎖存型霍爾IC和開關(guān)式霍爾IC進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磁鐵的磁場檢測時(shí)輸出電壓的差異

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