全面認知·鎖存型霍爾IC

霍爾IC是一種能夠進行高/低電平數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極的磁極切換進行工作（參見《全面認知·霍爾IC》），長期以來，被廣泛用于直流無刷電機轉子磁鐵的磁極檢測。近年來，鎖存型霍爾IC還被用于簡單的旋轉編碼器等應用中。

典型應用實例

直流無刷電機

直流無刷電機利用直流電旋轉，可高效運行且無需維護，應用于空調風機和白色家電的主電機中。相關原理的詳細信息，可參閱《全面認知·超高靈敏度霍爾元件》一文。

直流無刷電機的主要構成部件是磁鐵、霍爾IC和線圈。

所謂的轉子，即是一塊磁鐵，位于中心位置，如圖1所示。定子是一個線圈，根據霍爾IC的輸出信號進行通電或斷電。霍爾IC安裝在轉子磁鐵產生最大磁場的位置，以檢測轉子磁鐵的磁場。霍爾IC能夠有效控制通電線圈，通過定時切換線圈產生的磁場位置和方向，反復與轉子磁鐵發生相吸相斥，使轉子磁鐵朝一個方向持續旋轉。

圖1 直流無刷電機原理圖

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/低電平數字信號，具有很好的抗噪性能，尤其適用于電機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。

旋轉編碼器（增量式）

旋轉編碼器是一種用于測量旋轉位置、旋轉角度和旋轉次數的傳感器裝置，適用于電機的旋轉控制和旋轉體角度位置檢測。

旋轉編碼器的主要構成部件包括多極磁鐵、兩顆霍爾IC和旋轉軸。

將圓柱形或圓環形多極磁鐵安裝在旋轉軸上，使其與旋轉方向保持水平。

以磁鐵的S極和N極的一個極對為一周期時，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，進而檢測旋轉位置和旋轉角度。而通過配置兩顆霍爾IC，可以提高旋轉角度的檢測分辨率，以及檢測旋轉方向。

圖（2a）為轉子沿順時針旋轉的示例。當磁鐵旋轉時，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體的運動距離。當磁鐵進一步旋轉時，霍爾IC輸出一個脈沖序列，可以通過計算脈沖數來檢測旋轉次數。

此外，對兩顆霍爾IC的輸出信號進行邏輯運算，能夠以二進制形式輸出磁鐵的旋轉方向。

圖（2a） 增量式旋轉編碼器的CW旋轉狀態和輸出波形

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

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

當逆時針旋轉時，兩顆霍爾IC在位置(7)和(3)輸出高電平，而在旋轉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，切換順序發生了逆轉。

因此，通過霍爾IC輸出信號的切換順序，可以檢測出電機的旋轉方向。例如，通過觸發H1的上升沿和下降沿來進行兩個輸出信號的XOR邏輯運算，就可以得到H或L的結果，從而判斷旋轉的方向。

圖（2b） 增量式旋轉編碼器的CCW旋轉狀態和輸出波形

為什么鎖存型霍爾IC適合用于旋轉檢測？

使用開關式霍爾IC進行轉子檢測，根據磁極數的不同，雖然輸出的脈沖數與鎖存型霍爾IC相同，但是占空比相對較差（圖3）。

這是因為在鎖存型霍爾IC中，Bop/Brp在0磁場上對稱設置，占空比為50%，而在開關式中，Bop/Brp設置在同一極點。在單極檢測情況下，N極區域為高電平輸出，低電平時間較短。

圖3 鎖存型霍爾IC和開關式霍爾IC進行旋轉磁鐵的磁場檢測時輸出電壓的差異

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