霍尔传感器在BLDC电机上的应用解析
在工业大多数的电能损耗来自大型电机和固定速度的驱动系统。因此，能效运动控制系统应适应未来实际负载需求应用。bldc电机满足这一要求通过电子换向和调速控制。电机磁极绕组换向在最佳的转子位置的是非常重要的，用于减少电损耗当使用可变转速和负载的情况。本文讨论了不同的霍尔传感器布置和一体化技术发展趋势。
转子位置反馈可靠性是很重要的，对于运动控制系统的性能。它允许定子绕组精确的换相，最大限度地减少电机电损耗。通常在120˚相移uvw信号用于激活bldc电机驱动器的换向。不同的选项are available today to generate the uvw signals.可产生uvw信号。
这可以使用霍尔传感器或开关，可以组装在绕组中或安装在一个小的pcb上面；计算软件基于反电动势数据从定子绕组；连接在电机轴上的光学或磁编码器；或先进的单片光学或磁编码器芯片集成motorhousing.电机外壳当中。
霍尔传感器或开关广泛用于bldc电机，由于其低元件成本。这种方法需要有效的算法来计算uvw，从测得的反向电动势。同时快速微处理器或dsp需要减少执行时间和减少额外的延迟时间。这种方法的局限，uvw信号的产生可以在快速负载变化，在低转速和在同步操作上观看到。硬件中检测转子的绝对位置被认为是the most reliable option. attaching an optical ormagnetic encoder unit to the bldc最可靠的选择。连接在bldc电机上的光学或磁性编码器是有利的，当需要高精度动态定位，如果motor is advantageous when very high precisiondynamic positioning is required andif the application is not cost sensitive.应用对成本不敏感。
霍尔传感器用于换向
在一个bldc电机使用三个分离的霍尔传感器/开关产生uvw信号基于传感器的安装位置，无论是在定子绕组，或组装在小pcb上，0˚，120˚和240˚，位置相对转子永磁体。在某些情况下，一个磁极环连接到轴可以用。图1的左边显示了三个霍尔传感器/开关的机械位置，resulting uvw signals generated. the positionaccuracy of the uvw signals in relation用于uvw信号的产生。uvw信号定位精度与关的to the actual rotor position转子实际位置depends on the mounting取决于安装tolerances and matching of公差与配合霍尔传感器/开关的灵敏度和稳定性。磁场变化很多，由于a lotover temperature， rotor超温，转子速度和操作寿命（永磁老化），位置误差很容易累加to +/-3˚ or more.+/ - 3˚或更多。
另一种方法使用四个集成霍尔传感器并且信号调理生成正弦/余弦信号，其中在360˚
选择磁/光学电机编码
图 1： bldc电机位置检测的选择用于换向
现代混合信号集成的研究进展，让霍尔阵列加上所有的正弦/余弦信号调理和插值用于绝对位置，能够在一个编码器ic集成。代替the threediscrete hall sensor/switches， a single三个分离的霍尔传感器/开关，一个单一的5x5mm封装可以组装在同一个pcb （see igure 1）.pcb上（参图1）。
该z信号标志转子的零位置，允许从abz信号以简单的方法计算电机的绝对位置，control or motion control system.在电机控制和运动控制系统。
从绝对位置也可以产生增量abz信号可用于监测快速位置变化，以非常低的延迟。图2显示了上/下ab信号编码，用于增量操作。当电机的方向反转ab信号改变其相移。该z信号标志转子的零位置，允许从abz信号以简单的方法计算电机的绝对位置，control or motion controlsystem.在电机控制或运动控制系统。
图2： 通过正弦/余弦产生uvw和abz
with a sine/cosineto uvw interpolation用正弦/余弦到uvw，插值unit the commutation signals can be单元的换向信号可以产生两个，四个或多个磁极bldc-motor types. in this case eachbldc电机类型。在这种情况下，每个commutation signal is shifted by 60˚ in换向信号偏移了60˚phase. it can be used to control directly相位。它可以直接控制the bldc-driver unit for block commutation.
bldc驱动单元用于块换向。它也可以通过电机控制器用来产生正弦波换向。一个集成的单芯片磁编码器通常有多输出选项，用于电机控制器或高级运动控制器。但进展远落后于当前的需求。
提出了通过单芯片编码器集成
单芯片编码器一体化的进展，使一个完整的“片上系统”具有多个输出选择用于bldc电机。图3显示了bldc电机反馈选项，以ic-mh8作为一个例子。在顶部的uvw其他信号的输出选项设置，例如绝对位置通过ssi / biss接口，
图3： 绝对磁编码器电机控制带输出选项
芯片上的正弦/余弦信号放大到to 1 vpp andprovided through a diferential1 vpp，并且通过一个差分模拟输出驱动器，用于analogue output driver for external monitoring外部监测或独立的插补。他们也被用于12位实时正弦数字转换器/插补器，以一个非常低时间延迟1μs.，小于1μs。
12位提供了一个小于0.1˚的分辨率。一个绝对位置可读出通过串行ssi（同步串行接口）或biss接口（双向同步串行接口）的运动控制器。一个开放标准的ssi / biss提供高速串行接口，也用于生产线配置。如果需要，集成的rs422线路驱动器支持长电缆到电机或运动控制器。abz信号以2mhz的频率更新并且延迟时间小于the 1μs. the zero position can be programmed in1μs。零位可编程256 steps （1.4˚） for the incremental and 192steps256步（1.4˚）用于增量，192步（1.8°）用于uvw接口。
也很重要的是要有设置和调理模拟信号的能力。这需要一个高质量编码器输出信号。选择bldc电机换向磁极设置，可用于各种不同的电机设备类型。可调设置存储在编码器芯片的ram并且能够编程到片内非易失性rom中，上电后可读。
光集成也可能
磁性编码器芯片能够更好的用于非常苛刻，灰尘和严格的环境。然而光单片编码器芯片带换向输出通过光学系统集成同样变为可能。其性能更高一些，但对比表明，两种技术齐头并进。图4显示了两个单芯片光学编码器带增量和uvw输出。这里的分辨率定义是码盘确定的，并且使用三个光学传感器用于产生uvw。电机的极对数定义是码盘设计确定的。例如，四个光电二极管阵列可以提供高达20，000cpr用一个直径33.2mm的码盘。特殊的封装如optoqfn符合这个光学解决方案需要。
现在的混合信号集成能力可以提供可靠、高度灵活单片编码器芯片，并且可配置磁编码器反馈选项具有12位分辨率。这与传统的霍尔传感器/开关系统相比较，具有高性能集成到电机壳体。在光学编码器带有集成的uvw输出选择，也是单芯片解决方案的发展趋势。这些趋势支持增强性能提高电机电子换向的能量效率，通过最好的电机反馈解决方案。
图 4： 光学单芯片电机编码器芯片带uvw换向
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转子位置反馈可靠性是很重要的，对于运动控制系统的性能。它允许定子绕组精确的换相，最大限度地减少电机电损耗。通常在120˚相移uvw信号用于激活bldc电机驱动器的换向。不同的选项are available today to generate the uvw signals.可产生uvw信号。
这可以使用霍尔传感器或开关，可以组装在绕组中或安装在一个小的pcb上面；计算软件基于反电动势数据从定子绕组；连接在电机轴上的光学或磁编码器；或先进的单片光学或磁编码器芯片集成motorhousing.电机外壳当中。
霍尔传感器或开关广泛用于bldc电机，由于其低元件成本。这种方法需要有效的算法来计算uvw，从测得的反向电动势。同时快速微处理器或dsp需要减少执行时间和减少额外的延迟时间。这种方法的局限，uvw信号的产生可以在快速负载变化，在低转速和在同步操作上观看到。硬件中检测转子的绝对位置被认为是the most reliable option. attaching an optical ormagnetic encoder unit to the bldc最可靠的选择。连接在bldc电机上的光学或磁性编码器是有利的，当需要高精度动态定位，如果motor is advantageous when very high precisiondynamic positioning is required andif the application is not cost sensitive.应用对成本不敏感。
霍尔传感器用于换向
在一个bldc电机使用三个分离的霍尔传感器/开关产生uvw信号基于传感器的安装位置，无论是在定子绕组，或组装在小pcb上，0˚，120˚和240˚，位置相对转子永磁体。在某些情况下，一个磁极环连接到轴可以用。图1的左边显示了三个霍尔传感器/开关的机械位置，resulting uvw signals generated. the positionaccuracy of the uvw signals in relation用于uvw信号的产生。uvw信号定位精度与关的to the actual rotor position转子实际位置depends on the mounting取决于安装tolerances and matching of公差与配合霍尔传感器/开关的灵敏度和稳定性。磁场变化很多，由于a lotover temperature， rotor超温，转子速度和操作寿命（永磁老化），位置误差很容易累加to +/-3˚ or more.+/ - 3˚或更多。
另一种方法使用四个集成霍尔传感器并且信号调理生成正弦/余弦信号，其中在360˚
选择磁/光学电机编码
图 1： bldc电机位置检测的选择用于换向
现代混合信号集成的研究进展，让霍尔阵列加上所有的正弦/余弦信号调理和插值用于绝对位置，能够在一个编码器ic集成。代替the threediscrete hall sensor/switches， a single三个分离的霍尔传感器/开关，一个单一的5x5mm封装可以组装在同一个pcb （see igure 1）.pcb上（参图1）。
该z信号标志转子的零位置，允许从abz信号以简单的方法计算电机的绝对位置，control or motion control system.在电机控制和运动控制系统。
从绝对位置也可以产生增量abz信号可用于监测快速位置变化，以非常低的延迟。图2显示了上/下ab信号编码，用于增量操作。当电机的方向反转ab信号改变其相移。该z信号标志转子的零位置，允许从abz信号以简单的方法计算电机的绝对位置，control or motion controlsystem.在电机控制或运动控制系统。
图2： 通过正弦/余弦产生uvw和abz
with a sine/cosineto uvw interpolation用正弦/余弦到uvw，插值unit the commutation signals can be单元的换向信号可以产生两个，四个或多个磁极bldc-motor types. in this case eachbldc电机类型。在这种情况下，每个commutation signal is shifted by 60˚ in换向信号偏移了60˚phase. it can be used to control directly相位。它可以直接控制the bldc-driver unit for block commutation.
bldc驱动单元用于块换向。它也可以通过电机控制器用来产生正弦波换向。一个集成的单芯片磁编码器通常有多输出选项，用于电机控制器或高级运动控制器。但进展远落后于当前的需求。
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