01CH44X電動自行車上的應用

1CH44X在電動自行車無刷電機上的應用

無刷電動機由于沒有電刷和整流子，在壽命、保養性、靜音等方面具有較強的競爭力，此外，其效率高，功耗低，廣泛地應用于電動自行車。

無刷電動機采用永久磁鐵為轉子、線圈為定子的構造。電動機通過電流在線圈中流動產生的磁場與永久磁鐵同極相斥/異極相吸的作用產生推力。利用變頻器控制電流，改變定子上纏繞線圈電流的流向，從而改變定子的磁場方向，驅動電動機旋轉

如圖 1所示為無刷電機的工作時序圖。在基點時W相產生吸力、V相的推力驅動電機旋轉。霍爾傳感器通過感應磁場檢測轉子的位置，控制各相的電流方向，各相每120°切換一次S/N極，推動轉子旋轉。

圖1:無刷電機工作時序

霍爾傳感器在檢測出轉子的磁鐵極性后，指定位置。檢測出轉子位置，根據其旋轉角度將線圈電壓改變為正弦波，形成旋轉磁場，從而驅動轉子旋轉來實現電動機旋轉，與旋轉同步，持續向線圈施加正弦波電壓，可以連續驅動轉子旋轉。

無刷電動機的速度通過改變電壓來進行調整。提高電壓，提高驅動指令波形的頻率，轉速將會提高。

如圖 2所示為正弦波驅動電機旋轉示意圖，使用三個霍爾傳感器，每60度實時地檢測轉子位置，根據磁場變化輸出符合轉子位置的波形，在電動機的驅動方面，使用變頻器電路，通過PWM控制連續改變電壓，連續地將定子線圈的電壓轉換為正弦波來驅動轉子旋轉。

圖2:正弦波驅動電機旋轉

2霍爾傳感器在無刷電機中的安裝

霍爾傳感器在無刷電機中的安裝主要有兩種形式，一種是在定子鐵心上開槽，將芯片鑲在槽口當中。這種方法安裝方便，但是定子鐵心需要設計對應的槽口。

圖3:霍爾傳感器安裝定子鐵心的槽上

圖4:鑲在槽中的霍爾傳感器

另外一種廣泛采用的方法是將霍爾傳感器安裝在電路板上，如圖 5所示，電路板設計成環形，環繞在轉子周圍，對轉子的位置進行檢測。這種方法實現方便，并且可以在電路板上設計濾波電路，抑制干擾。

圖5:霍爾傳感器安裝在電路板上

02CH44X優勢

意瑞半導體的CH44X芯片在磁參數一致性、穩定性，電路保護方面做了充分的設計，在電動自行車應用領域具有如下優勢。

1多種可供選擇的磁參數

磁參數是霍爾鎖存器最重要的參數，同時也是電動自行車應用中主要關心的參數。磁參數較大的霍爾傳感器，抗干擾能力強，在外界有干擾磁場時，傳感器狀態不易發生誤翻轉；磁參數較小的霍爾傳感器，靈敏度高，能夠檢測變化較小的磁場。

磁參數是霍爾傳感器狀態發生變化時的磁場強度，如圖 6所示，CH44X在磁場強度大于BOP時處于工作點，輸出低電平，磁場強度小于BRP時處于釋放點，在上拉電阻的作用下，輸出高電平。CH44XN的敏感磁極與CH44X相反。

圖6:CH44X/CH44XN輸出狀態圖 

CH44X系列具有多種可供選擇的磁參數，滿足客戶的個性化需求，CH44X系列磁參數如表 1所示。

2溫度穩定性好

電動自行車在全國各地的有著廣泛應用，各地冬夏氣溫差異較大，電動自行車上應用的霍爾傳感器需要在較寬的溫度范圍內都擁有穩定的工作性能。CH44X系列在整個工作溫度范圍內實現穩定的工作點，通過動態偏移消除，可以降低通常由器件過度成型、熱應力引起的電壓偏移，從而在-40-150℃下具有出色的靈敏度穩定性。

精準的磁參數BOP/BRP控制和極小的溫漂變化可以使霍爾位置反饋準確度提高，電機效率大大提升。采用先進的磁參數控制技術，包括片內磁參數Trimming，大幅提高了芯片的一致性，提高電機轉子檢測精度，增加電機能效，并提高電機產品的一致性，針對正弦弱磁場合（以及永磁同步電機）影響尤為明顯。

如圖 7所示為CH442磁參數隨溫度變化示意圖，在-40℃~150℃范圍內，磁參數的波動較小，具有良好的溫度穩定性。

圖7:CH442磁參數隨溫度變化曲線圖

3內置穩壓電路

霍爾傳感器需要工作在電壓相對穩定的環境下，而電動自行車的電機工作環境復雜，容易收到電磁干擾，通常電壓有較大的波動。在以往的設計中需要添加穩壓器，而CH44X在芯片內部集成了穩壓調節電路，如圖 8所示為CH44X的原理框圖，在VCC端內部集成了穩壓器，對供電電壓進行穩壓調節。工作電壓寬至2.5~22V，無需在外部添加穩壓器，既增強了電路的穩定性，又簡化了外部電路設計。

圖8:CH44X原理框圖

4輸出短路保護

電動自行車經常放置于室外而淋雨或可能會經過積水路面，可能造成芯片的輸出短路。短路往往會對電路造成不可逆的破壞，影響電動自行車功能安全。CH44X系列具有輸出短路保護功能，如圖 8所示，在柵極的驅動電路和源極之間集成了過流保護，防止短路損壞，芯片應用更安全。

5電源反接保護

客戶在調試過程中可能出現將電源線接反的可能，在芯片裝配過程中工作人員也可能會出現將芯片裝反的現象，造成芯片損壞甚至會損壞外圍電路。CH44X系列具有電源反接保護功能，反向耐壓高達-22V，有效規避用戶電源反接時對芯片造成損壞。

6ESD保護

很多電機生產線不夠規范，人工作業時，ESD等對芯片造成直接損壞和弱損壞的案例層出不窮，CH44X系列所有引腳專業機構ESD測試均滿足AECQ100-002標準的±8000V HBM，可以滿足生產裝配過程中ESD防護要求，客戶無需為ESD而擔憂。

圖9:CH44X ESD能力