霍尔传感器在电机中的应用

磁传感器可分为5类：霍尔元件，霍尔IC，AMR（各向异性磁阻），GMR(巨磁阻），TMR（隧道磁阻）。

1，霍尔元件，常见的材料是锑化铟和砷化镓，感应垂直磁场方向，原始型号差分输出，噪声低，相对成本低，做的最好的当属日本旭化成等公司。

2，霍尔IC，感应垂直磁场方向，将霍尔元件外围的器件集成，使用方便，通用性强，成本低，国内市场主流方案。

3，AMR 感应平行磁场，用于特定结构使用，AMR信噪比高，容易饱和，适合测量角度应用，成本中等。

4，GMR感应平行磁场，相对AMR，拥有更宽的磁动态范围，成本较高。

5，TMR超低工作电流，超高灵敏度，受限于材料工艺，需要满足一定的使用条件， 成本较高。

• 信噪比是最重要的参数，低功耗是应用需求，二者有矛盾性
  • 提升信噪比：内阻小—>噪声小但功耗高
  • 降低功耗：
  • 内阻大—>噪声大，温漂大
  • 休眠模式—>速度慢，会丢信号
• 可以通过电子电路（IC）提升信噪比，功耗，灵敏度和带宽等参数
  • 降低带宽，可以减小功耗，提升信噪比
  • 休眠模式（分时供电/电路休眠）可以大幅度减小功耗，但有丢信号的风险
  • 增加专属层次可以提高本征信噪比，但成本增加
• Hall IC是最佳选择（性能与成本最优）

按照应用数量分类

• 单颗
  • 测速
  • 单相电机换向（芯片安装位置有要求）
• 双颗
  • 速度加方向
    • 50%占空比
    • 相位差90°（一个电信号周期的四分之一）
    • 实现方式：两颗Hall、Dual Channel（2hall感应、平行加垂直）
    • 失效现象：方向判定错误（灵敏度不一致）
  • 位置编码SIN、COS（两颗线性霍尔）

• 三颗
  • UVW信号，电机换向信号
    • 80%芯片按照120°分布、20%按照60°分布
    • 贴片式需要调零（物理调零或控制器自学习调零）

• 多颗霍尔（集成式）
• 编码器，输出高精度位置

按照安装方式分类

• 直插
  • 优势：不需要调零、一致性要求不高（UVW电机换向信号）
  • 劣势：人工贵、易损坏、DeBug困难
• 磁环+PCB（上下结构）
  • 优势：不易损坏、无需人工插入电机
  • 劣势：体积大、需要调零
  • 使用感应原件：Hall、Vertical
• 磁环+PCB（平行结构）
  • 优势：体积小、不易损坏、无需人工插入电机
  • 劣势：不易做成高精度
  • 使用感应原件：MR、IMC

按照输出方式

• 电流/电压
  • 电流优势：线数少、传输距离远、抗干扰能力强、可靠性高
  • 电流劣势：不符合目前结构使用习惯
  • 电压优势：符合目前接口使用习惯
  • 电压劣势：线数多、传输距离近、易收到干扰、输出信号易损坏
• 模拟/数字
  • 模拟：单根信号线，Anlog、PWM输出
  • 数字：多根信号线，ABZ、UVW、SPI、I²C、SSI
• 输出信号特性
  • 开漏（open-drain）或开集电极（open-collector）
  • 内置上拉
  • Push-Pull

不同应用分类

• 开关霍尔、线性霍尔、齿轮霍尔
  • 开关霍尔：单极、双极、全极
  • 线性霍尔：单向磁场感应、双向磁场感应
  • 齿轮霍尔：不背磁感应磁极、背磁感应齿轮

重要参数分类

• 可靠性
• ESD(车规8kV/12kV)、latch up、7637、EMC、BCI（最难）、热插拔、电磁阀、正反向耐压

正反向耐压：电机供电的2倍/3倍

• 电学参数
• 速度带宽、瞬态响应、最低工作电压、工作电流、磁场灵敏度（对称性）
• 双极高低灵敏度划分：BOP在0-10GS为超高灵敏度、BOP在10-30GS为高灵敏度、BOP在30-100GS为低灵敏度、

BOP在100-200GS及以上为超低灵敏度

单极高低灵敏度划分：BOP在50GS，BH10-15GS为高灵敏；BOP在50GS以上，BH>15GS为低灵敏度