電機hall應用分析

　　隨著電動自行車的飛速發(fā)展,HALL(霍爾)這個原本陌生的名詞被大家所熟悉,但是在實際使用中,它的存在也確實增加了無刷電機的故障率。更多時候行業(yè)的工程師們會去考究HALL器件的品質(zhì)和穩(wěn)定性，而忽略了一個重要的問題——HALL應該怎么用?下面就我個人的理解發(fā)表一點我的觀點，僅工業(yè)內(nèi)人士參考:

　　首先簡單介紹一下HALL：

　　霍爾器件是一種半導體的磁敏器件，用于測量磁場的有無，大小及方向。由于它對磁敏感，本身又有放大電路集成在內(nèi)部，因此輸出訊號較大，使用中不再加運放放大，用起來非常方便。

　　從應用來看，分成線性及開關(guān)兩類，開關(guān)應用中又分為單極、雙極及鎖存三種工作模式。

　　其次來看看HALL怕什么：

　　1．在測試及焊接過程中的注意事項——防止靜電燒毀

　　靜電對半導體器件的毀壞作用，日益顯得突出，由于半導體器件是微功率器件，在集成電路中每一個晶體管的功率很小，耐壓有一定的要求。如果受靜電的沖擊(Impuise)，很容易損壞。

　　靜電在日常生活及實驗室中處處存在。靜電是由于兩種或多種物品的摩擦而引起的，例如毛衣和尼龍衣服的摩擦，可以產(chǎn)生靜電放電。在黑暗處可以看到火花，聽到放電的聲音，有時切割材料，也是產(chǎn)生摩擦，引起靜電。靜電由摩擦產(chǎn)生，因此靜電勢的高低也是依據(jù)不同的物質(zhì)及摩擦的情況而定的。

　　按照靜電的大小，分為三類：

　　(1) 第一類是所用的元器件，對靜電放電最敏感，其靜電電壓在0-1000伏之間就會損壞器件。

　　(2) 第二類是所用的元器件，對靜電放電敏感，其靜電電壓為1000-4000伏之間，在這一電壓下，會損壞器件。

　　(3) 第三類是所用的元器件，對靜電放電不敏感，其靜電電壓高到 4000-15000伏，才損壞器件。

　　一般霍爾開關(guān)及線性電路是屬于第一類的器件，因此很容易受靜電的損壞。HALL器件在出廠時用金屬紙袋包裝，或是用去靜電的塑料袋包封，以防止靜電的損傷。但在運輸(Tran Sport)過程中，由于摩擦，包裝表面也會產(chǎn)生靜電，為了防止靜電損壞器件，要求在啟封后，嚴格遵循下列程序：

　　(1) 對測試人員，最好穿無靜電的棉布衣服。如果穿毛衣或尼龍衣服，則會產(chǎn)生靜電。因此要求在手腕上或腳上帶一只金屬環(huán)。該環(huán)與地線相接，如果身上出現(xiàn)靜電，則能很快消除。

　　(2) 所用測試工具臺及其他金屬部分也應接地。如果不采取措施而身上帶有高壓靜電，則：一種情況是霍爾器件處于與地絕緣的狀態(tài)。則在取霍爾器件時，霍爾器件與操作人員同電位，在測試時由于測試系統(tǒng)接地，會造成對地短路的情況。則在接觸霍爾器件時，即會通過霍爾器件對地放電而損壞器件。

　　(3)測試時要求使用輸出低阻抗恒壓源，并要求由較高的負載能力，例如無負載時，電壓為5伏，接上霍爾器件后，仍然是5伏。 在測試系統(tǒng)中，要加保護電路，以吸收外電路及電源起伏時帶來的影響。前面說過靜電的產(chǎn)生是由于物體的摩擦，因此靜電電壓的高低是不確定的，所帶的電荷也是不確定的，這就意味著經(jīng)過靜電放電沖擊(Impuise)的霍爾器件不是每一只一定損壞掉。它們在經(jīng)過靜電放電后會有不同程度的損壞。但是這種不同程度的損壞，在今后的使用中，影響到它的壽命。有些嚴重損壞的，可能當時就不能用，已經(jīng)失去邏輯作用。而輕微損傷的器件，在今后的使用中，會慢慢呈現(xiàn)出來。

　　2．在焊接過程中的管腳變形——停止機械損傷

　　應該說這一點在整個電動車電機行業(yè)是非常普遍的現(xiàn)象，做為電子類器件，可能沒有哪個器件能夠跟HALL一樣被直接的安裝在鐵芯上,用器件本身做固定本體，用器件管腳跟連接導線直接焊接，這樣的使用方法對器件本身就是非常嚴酷的損傷過程，HALL器件的管腳和內(nèi)部晶元的連接本來就是非常纖細的金屬絲，如果管腳被機械變形，那么同樣會對器件造成軟損傷，其表現(xiàn)狀況和前面提到的靜電損傷是一樣的，也是不可測的。目前我公司已與日本AKE公司合作成功開發(fā)出帶管腳保護功能的保護套來從根本上杜絕此事件。

　　3.電機檢測和客戶檢測過程——防止二次損傷

　　二次損傷主要來自電機廠家出廠檢測和整車廠家進料檢測，其中最主要的二次損傷點有:二次靜電損傷和誤接觸損傷,而這里的根本原因應該出在大家的標準插件使用不合適，HALL的5根引出線用接插件全部是獨立且暴露狀態(tài)。非常容易導致接觸外界靜電導致?lián)p傷；也同樣很容易發(fā)生某個插件接觸電源電壓造成擊穿損傷。對于這一點來說,比較好的解決方法就是改變接插件方式，采用集成線束的排針方式，徹底隔離二次損傷。目前我公司已經(jīng)與綠源集團共同開發(fā)此插件標準。

　　4．選擇器件時候應該注意的事項——不一致性損傷

　　由于目前行業(yè)技術(shù)和測試設(shè)備的限制,現(xiàn)在整個行業(yè)尚沒有哪一家可以真正的對HALL做全方面的檢測，大家常用的檢測方法一般都是上機做實際測試實驗,況且都是取樣測試，那么就很難真正驗證出HALL的隱藏參數(shù)：觸發(fā)點的一致性�？梢詼y試到的大多都只是：能否正常工作,能否在高溫度下工作,能否具備置換通用性等。而在長期使用中,一致性恰好是很關(guān)鍵的參數(shù)，同樣目前國內(nèi)器件與國外器件的本質(zhì)區(qū)別也在于產(chǎn)品的一致性，大家在使用的時候都是3顆為一組來使用。你目前所可以做到的控制器件的常用方法就是控制渠道，通過正規(guī)的渠道，獲取正規(guī)的產(chǎn)品,除此以外目前尚沒有更好的解決辦法。

　　5．大功率電機使用應注意的——溫度防護

　　由于行業(yè)的特殊性，大家在設(shè)計HALL位置的時候通常會直接在定子上開槽來安放HALL器件。那么由此而來的對設(shè)計溫度的控制和對器件溫度的選擇就變的很關(guān)鍵了。通常來說電機的設(shè)計溫度都會B級絕緣下選擇，一般在130度為臨界點，那么對HALL的選擇也會集中選擇125度的耐溫點。不過在實際使用過程中,由于HALL是直接固定在定子上,而繞組也恰好在定子上,就是說HALL實際是在發(fā)熱源上,一般電機在連續(xù)爬坡的情況下比較容易使繞組出現(xiàn)短時間大溫升——超過130度,而此熱量會直接傳遞到HALL,造成HALL信號飄逸，甚至HALL晶元部分損傷，導致工作失靈。所以一般來說,除非使用隔離保護套,否則在設(shè)計功率容量大的電機時候，應該選擇更高耐溫等級的器件，當然設(shè)計成本需要考慮。目前我公司采用的是與日本AKE公司合作開發(fā)的具有溫度隔離和管腳保護雙重功能的保護套結(jié)構(gòu)。