谈谈电机控制芯片设计的霍尔效应
1879 年，马里兰州立大学研究生霍耳发现：沿x 方向流过的电流受到其垂直方 向(z 方向)的磁场作用时，带电离子会受到y 方向的磁力影响而产生电势积累， 这就是霍尔效应。其中产生的电势差被称为霍耳电压。由于变化的磁场会产生变化的电场，那么，利用霍尔效应做磁场监测是可行的，事实上也是目前普遍采取的方法。基于霍尔效应的传感-控制芯片广泛应用在电机控制、手机、电流及磁 场测量等领域。
实际应用中，常用于PC 散热等用途的直流无刷电机，由于外部障碍物等因素，可能异常停止运转。电机控制芯片需要通过霍尔对磁场相位监测，判别异常停转情况，及时关闭电机并延时重启，以便电机能够恢复正常工作。
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图1 给出了霍尔效应芯片的设计框图，由霍尔感应单元得到与磁场变换相关的电压信号，经放大器放大及磁滞比较器判别，控制逻辑监测电机的运行状态，做出 关断或延时自启动等功能，功率输出管驱动外部电机工作。
图1 霍尔效应芯片的系统框图
通常，电机需要在较宽的电压范围工作。在本设计中，目标要求芯片能够工作在 3.3V~28V 的电压范围，并且当电机控制电压高于54.7V 时，将输出电压钳位防 止烧毁电机。
芯片工作电压由其内部电压源产生，而常见的带隙基准很难在这样宽的电压范围内正常的工作。因此，设计中采用三极管时代流行的齐纳二极管钳位方法产生电 压源，如图2 所示。这种电压源可以在很宽的电压范围工作，但也有电流消耗较 大，且输出随电源电压、温度变化较大等诸多缺点。所幸在电机应用中，这些缺点是次要的。
当电压VIN 高于齐纳管的反向击穿电压(一般约为6~7V，这里取6.5V)后，Vz 电压被钳制在6.5V，R1 起到限流的作用。而VIN 低于6.5V 而高于一定值，M1 也可以导通，使得VCC 有电压，同样可使内部电路工作。其中，M1,M2,M3 皆为 高压器件。经过适当设计，该电压源可以在3V~65V 之间工作。
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