電機hall應用分析

　　隨著電動自行車的飛速發展,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。更多時候行業的工程師們會去考究HALL器件的品質和穩定性，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表一點我的觀點，僅工業內人士參考:

　　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，分成線性及開關兩類，開關應用中又分為單極、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，也是產生摩擦，引起靜電。靜電由摩擦產生，因此靜電勢的高低也是依據不同的物質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，則會產生靜電。因此要求在手腕上或腳上帶一只金屬環。該環與地線相接，如果身上出現靜電，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。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是非常普遍的現象，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。非常容易導致接觸外界靜電導致損傷；也同樣很容易發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。目前我公司已經與綠源集團共同開發此插件標準。

　　4．選擇器件時候應該注意的事項——不一致性損傷

　　由于目前行業技術和測試設備的限制,現在整個行業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：觸發點的一致性。可以測試到的大多都只是：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,一致性恰好是很關鍵的參數，同樣目前國內器件與國外器件的本質區別也在于產品的一致性，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，通過正規的渠道，獲取正規的產品,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

　　由于行業的特殊性，大家在設計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計溫度的控制和對器件溫度的選擇就變的很關鍵了。通常來說電機的設計溫度都會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實際是在發熱源上,一般電機在連續爬坡的情況下比較容易使繞組出現短時間大溫升——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公司合作開發的具有溫度隔離和管腳保護雙重功能的保護套結構。