广告

使用霍尔效应传感器控制电机速度

时间:2020-01-31 作者:Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times Europe编辑、EEWeb主编 阅读:
霍尔效应组件被用作接近传感器,用于检测定位、速度和电流,广泛应用于马达控制系统中。
广告
电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势

霍尔效应传感器根据磁场改变其输出电压。霍尔效应器件被用作接近传感器,用于检测定位、速度和电流,它们广泛应用于电机控制系统中。因为机械部件不会着时间而磨损,所以霍尔效应传感器是长期的解决方案。集成的封装还可以减少系统尺寸、降低实施的相对复杂性。随着各种各样的技术解决方案可用于计算位置、速度和电流传感,设计师可以选择最佳的解决方案来实现他们的目标。设计决策中的关键要素包括成本、分辨率、精度、可靠性和上市时间的要求。

霍尔效应检测

霍尔效应是当流过导体或半导体的电流受到磁场影响时所产生的可测量电压。在这些条件下,由于洛伦兹(电磁)力和电力的平衡,产生垂直于施加电流的横向电压,磁场会影响导体(或半导体)内部流动的电荷。图1显示了在磁场中,穿过半导体的电荷所发生的变化。运动中的电子(q)在导体的一侧受到磁力作用,在另一例留下一个净正电荷。这种电荷分离产生了霍尔电压。
 

图1,n型方型封装(尺寸为wxw)的霍尔效应。(图片来源:Allegro Microsystems)

霍尔电压(Vh)垂直于电流流向,表示为:

其中J是电流密度,Bz是沿z方向的磁场,w是如图1所示的外形尺寸,Rh是霍尔常数,若大多数载流子是电子,霍尔常数为负;若大多数载流子是空穴,则霍尔常数为正。载流速度为统计测量的结果,且磁场的非线性效应可以改变实验结果。因此,常数中包含一个修正项rh,rh的值通常在1~1.5之间。

霍尔效应的一个基本特征是,在一个方向上移动的正电荷与在相反方向上移动的负电荷之间存在压差。霍尔效应器件会产生一个浅信号电平,因此需要放大级。许多器件都包含传感器芯片和高增益放大器电路,二者集成于一个单一封装内。

设计任何霍尔效应检测设备,都需要一个能够响应通过电子输入接口检测到的物理参数的磁性系统。霍尔效应传感器检测到磁场,并根据电子系统的要求,适当地将模拟或数字信号转换成标准信号。图2所示的检测器件由四个模块构成,设计阶段的目标是定义其中每一个模块。

图2,霍尔效应传感器设计布局。

在单一封装中,最新的技术中进一步增加了一种模数转换器,以及用于直接连接到微控制器I/O的I2C通信协议。

器件与应用

在包括液位测量和电机控制的各种应用中,霍尔效应技术取代了许多传统的探测技术,如何选择适当的器件取决于精度水平和所需的检查指标。

对于高精度应用,线性器件可以与处理器结合使用。线性器件提供绝对模拟位置,作为磁场随霍尔元件变化的函数,而微处理器的搜索算法可解释磁铁的位置。选择哪种线性器件取决于所需的精度。器件可能包括Allegro Microsystem可编程的A13x或A138。

Allegro垂直霍尔效应技术(AVHT)与传统平面霍尔效应技术相结合,创造出了可以在单个芯片上感知二维空间的器件。Allegro的A1262和APS12626输出检测到的正交信号,以进行进一步处理,进而确定目标的速度和方向(图3)。

图3 APS12626框架图。(图片来源:Allegro Microsystems)

德州仪器公司 (Texas Instrument) 的DRV5057是一款线性霍尔效应传感器,可以采用3.3或5伏的电源供电。若没有磁场,输出则会产生一个占空比为50%的时钟,而且会检测到垂直于封装顶部的磁通量。这两个封装选项提供了不同的感知方向(图4)

图4,DRV5057应用电路。

霍尔效应集成电路是一种用来监测电机电流的控制和保护(IC电流传感)的方法,简单有效。电机的电流消耗与所施加的电机转矩成正比。因此,控制速度和施加到电机上的力的典型方法,就是测量微处理器中的电流消耗。然后微处理器可以计算出是否必须给电机施加电流才能达到所需的速度。霍尔效应电流传感器的铜引线框架电阻非常低,因此可以直接与电动机串联。

防抱死系统(ABS)是一种汽车安全系统,能让车轮继续与路面相互作用,避免车轮锁定、打滑。在干燥和光滑的路面,防抱死系统通常能让驾驶员更好地控制车辆,缩小停车距离。ABS的主要输入是车速度传感器接口。通过比较车轮速度传感器的输入,可以确定单个车轮是否容易打滑。

轮速传感器通常是霍尔效应器件,需要预先调节以产生数字脉冲宽度调制(PWM)输入,并由微控制器(MCU)读取。利用单片机对车速传感器数据进行比较,控制制动缸压力。还负责诊断、警报通知和与其它传感器之间进行通信。

为了有效调节电机转矩,基于MCU的控制单元需要了解电机在每个控制周期的相电流瞬时信息。这些电流,特别是扭矩值较高的电流,可以达到甚至超过几百安培。因此,便使用带电流隔离的电流互感器,将其放置在初级电路(在大电流)和次级电路(电子电路)之间。转换器基于霍尔效应运作,并在次级绕组上提供与测量电流成比例的输出电压。

使用这种电流转换器的优点是,这些转换器可以放在电线外面,并且不会干扰信号。使用基于并联电阻测量的替代方法可能会导致过热和损耗,而且在大电流的情况下,测量结果会不准确。

(参考原文: Motor Speed Control Using Hall-Effect Sensors,by Maurizio Di Paolo Emilio)

责编:Yvonne Geng

本文为《电子工程专辑》2020年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 

电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 针对RC发生器独立频率和填充因子调整问题的两种解决方 大家都熟知具有调节占空比的RC矩形脉冲发生器方案都有一个无法根除的缺点:改变脉冲填充因子(D)会不可避免地改变所生成的频率。笔者曾经描述了具有单独频率和填充因子控制的发生器方案,本文就此问题提供两种新解决方案。
  • 选择示波器的核心指标及如何用好示波器 示波器是一种能够显示电压信号动态波形的电子测量仪器。在使用示波器时,需要配置的核心参数有带宽、采样率、存储深度和探头。本文以鼎阳示波器和信号源免费的Bode Plot软件为例,解释了如何测量波特图。
  • 怎么解决信号发生器输出功率不够大的问题? 信号发生器通常用于检查电路或PCBA的功能,将确定性信号加到被测电路的输入端,将输出端连接至相应的测量设备(例如示波器),用户就可以对其进行评估。过去,挑战通常包括如何设计信号发生器的输出级。本文将介绍如何利用电压增益放大器(VGA)和电流反馈放大器(CFA)设计小型经济的输出级。
  • 人工智能的演进需要高适应性的AI推理平台 随着模型增大和结构上变得更加复杂,FPGA正成为一种越来越具吸引力的基础器件来构建高效、低延迟AI推理解决方案,而这要归功于其对多种数值数据类型和数据导向功能的支持。但是,仅仅将传统的FPGA应用于机器学习中是远远不够的。机器学习以数据为中心的特性需要一种平衡的架构,以确保性能不受人为限制。
  • 人工智能如何能够改善自动光学检测? 在制造业中,检测是必不可少的功能。视觉检测可确保产品符合其预期的功能和外观,并为制造商和客户带来重要利益。最明显的是,检测结果能够提供质量保证,可以通过产品标注或标签直接传达给客户,或者在制造工厂内记录,并作为其质量控制过程的一部分。如果产品从现场退回,检测报告还可以帮助进行故障排除,并可以帮助制造商处理任何索赔。
  • USB-IF最新PD规范–PD 3.1规格介绍 继PD3.0之后,2021年5月USB-IF在Power Delivery加入了新的规格,并发表PD 3.1规范 (USB Power Delivery Specification Revision 3.1, Version 1.0),以下内容皆以PD 3.1 Spec简称。新的规范中加入EPR (Extend Power Rang) 功能,扩展PD 3.0供电最大瓦数100W的限制,增加到240W (48V 5A) ,并在文件中对其供电要求与行为加以定义,以下章节将由PD 3.1供电规格开始、并介绍EPR这个新功能。
  • 新款iPad Pro 2021成最受欢迎的 由于采用性能相对强大的M1处理器和mini-LED屏幕以及更多的创新,新款iPad Pro 2021已经成为消费者心目中最受欢迎。然而,iPad 2却已经在全球范围内被列入“复古和过时”的名单中。
  • 三星折叠屏手机Galaxy Z Fold 3 目前来看,折叠屏新机作为一种新的生产力工具,逐渐成为高端/平板的一种趋势,有报料称三星的Galaxy Z Fold 3发布时间或为7月,并且会引入新手势操控。

  •  Cirrus Logic宣布同意收购Lion S Cirrus Logic近日宣布已达成协议,以3.35亿美元现金收购位于美国加利福尼亚的Lion Semiconductor。此次收购为智能手机、笔记本电脑和其他设备的电源应用带来了独特的知识产权和产品,并加速了公司高性能混合信号业务的增长。预计 Lion Semiconductor将立即增加 GAAP 和非 GAAP 每股收益,从交易完成到 2022 财年结束之间贡献约 6000 万美元的收入。
  • 2021国产IP和定制芯片生态大会成功 7月6日,2021国产IP和定制芯片生态大会在上海盛大召开,本次大会由中国高端IP和芯片定制企业芯动科技主办,是国内首个聚焦IP技术和产品合作的行业生态大会,适应了产业链上下游对合作共赢的企盼,有力助推国产自主化风口……
  • B站牵手阿里入股如涵,UP主里要诞生下一个李佳琦? 如涵喜提阿里B站联手入股,直播带货涌入二次元能搅起多大的浪?文 | 美股研究社B站的UP主们可能要做好直播带货的准备了。来自企查查的信息显示,从纳斯达克退市两个多月的“网红第一股”如涵文化近期新增了以
  • 【行业资讯】本川智能:创业板注册生效;高盛达线路板项目封顶 一、本川智能:创业板拟上市审核状态7月2日变更为"注册生效"。(King供稿)二、江西高盛达光电技术有限公司的TCL高盛达线路板生产项目:①. 项目进度:厂房主体已顺利封顶,正在一层封砖;②. 建设目
  • Broadcom(博通)双收双发(2T2R)SDIO接口WiFi模块 IT6356 可替代正基的AP6356S/AP6398S模块IT6356 WiFi模组简介2T2R WiFi模块:此模块为 2.4G + 5G 双频道,支持802.11a/b/g/n/AC,支持蓝牙
  • 拆解50年前的松下收录机,电路板细节值得一看 收了一台松下的老收录机,Panasonic RQ-517S型,1975年左右生产的。全晶体管分立电路没有集成电路芯片,带调频调幅双波段收音,单卡单声道录放音。这机子收来的时候有故障,开机是持续的嗒嗒的
  • 漫画描述数字电路之时序电路 1什么是时序电路?组合电路是根据当前输入信号的组合来决定输出电平的电路,换言之,就是现在的输出不会被过去的输入所左右,也可以说成是,过去的输入状态对现在的输出状态没有影响的电路。时序电路和组合电路不同
  • MLCC电容啸叫的4个对策 首先,请讲解一下啸叫的机理。高介电常数的陶瓷电容器具有给电介质施加电压时,电介质变形(失真)的特性。这是压电效应的相反现象,被称为“逆压电效应”。此外,有时也将具有这种特性表达为“压电性”或“逆压电性
  • 怎么选择一款示波器?核心指标 示波器(英语:oscilloscope)是一种能够显示电压信号动态波形的电子测量仪器。它能够将时变的电压信号,转换为时间域上的曲线,原来不可见的电气信号,就此转换为在二维平面上直观可见光信号,因此能够
  • arduino与蔽障小车的连接使用 一、 壁障小车的制作1、 制作壁障小车的准备工作硬件:Arduino UNO、L298N驱动模块、超声波模块、小车底盘、舵机模块、一块面包板、一些杜邦线。软件:Arduino UNO的程序下载软件下面
  • 晶体管发明与诞生及发展历程详解 1947年12月23日,第一个基于锗半导体的具有放大功能的点接触式晶体管面世,标志着现代半导体产业的诞生和信息时代正式开启。点接触式晶体管:把间距为50 μm的两个金电极压在锗半导体上,微小的电信号由
  • 【案例】南山图书馆智能书库AGV应用 此项目采用智能仓储、堆垛机、穿梭车、AGV机器人技术,实现图书的高密度存储和高效率分拣 文|凯乐士深圳南山图书馆,是深圳南山区标志性的文化建筑之一。图书馆占地面积13700平方米,馆舍建筑面
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了