01CH44X电动自行车上的应用

1CH44X在电动自行车无刷电机上的应用

无刷电动机由于没有电刷和整流子，在寿命、保养性、静音等方面具有较强的竞争力，此外，其效率高，功耗低，广泛地应用于电动自行车。

无刷电动机采用永久磁铁为转子、线圈为定子的构造。电动机通过电流在线圈中流动产生的磁场与永久磁铁同极相斥/异极相吸的作用产生推力。利用变频器控制电流，改变定子上缠绕线圈电流的流向，从而改变定子的磁场方向，驱动电动机旋转

如图 1所示为无刷电机的工作时序图。在基点时W相产生吸力、V相的推力驱动电机旋转。霍尔传感器通过感应磁场检测转子的位置，控制各相的电流方向，各相每120°切换一次S/N极，推动转子旋转。

图1:无刷电机工作时序

霍尔传感器在检测出转子的磁铁极性后，指定位置。检测出转子位置，根据其旋转角度将线圈电压改变为正弦波，形成旋转磁场，从而驱动转子旋转来实现电动机旋转，与旋转同步，持续向线圈施加正弦波电压，可以连续驱动转子旋转。

无刷电动机的速度通过改变电压来进行调整。提高电压，提高驱动指令波形的频率，转速将会提高。

如图 2所示为正弦波驱动电机旋转示意图，使用三个霍尔传感器，每60度实时地检测转子位置，根据磁场变化输出符合转子位置的波形，在电动机的驱动方面，使用变频器电路，通过PWM控制连续改变电压，连续地将定子线圈的电压转换为正弦波来驱动转子旋转。

图2:正弦波驱动电机旋转

2霍尔传感器在无刷电机中的安装

霍尔传感器在无刷电机中的安装主要有两种形式，一种是在定子铁心上开槽，将芯片镶在槽口当中。这种方法安装方便，但是定子铁心需要设计对应的槽口。

图3:霍尔传感器安装定子铁心的槽上

图4:镶在槽中的霍尔传感器

另外一种广泛采用的方法是将霍尔传感器安装在电路板上，如图 5所示，电路板设计成环形，环绕在转子周围，对转子的位置进行检测。这种方法实现方便，并且可以在电路板上设计滤波电路，抑制干扰。

图5:霍尔传感器安装在电路板上

02CH44X优势

意瑞半导体的CH44X芯片在磁参数一致性、稳定性，电路保护方面做了充分的设计，在电动自行车应用领域具有如下优势。

1多种可供选择的磁参数

磁参数是霍尔锁存器最重要的参数，同时也是电动自行车应用中主要关心的参数。磁参数较大的霍尔传感器，抗干扰能力强，在外界有干扰磁场时，传感器状态不易发生误翻转；磁参数较小的霍尔传感器，灵敏度高，能够检测变化较小的磁场。

磁参数是霍尔传感器状态发生变化时的磁场强度，如图 6所示，CH44X在磁场强度大于BOP时处于工作点，输出低电平，磁场强度小于BRP时处于释放点，在上拉电阻的作用下，输出高电平。CH44XN的敏感磁极与CH44X相反。

图6:CH44X/CH44XN输出状态图 

CH44X系列具有多种可供选择的磁参数，满足客户的个性化需求，CH44X系列磁参数如表 1所示。

2温度稳定性好

电动自行车在全国各地的有着广泛应用，各地冬夏气温差异较大，电动自行车上应用的霍尔传感器需要在较宽的温度范围内都拥有稳定的工作性能。CH44X系列在整个工作温度范围内实现稳定的工作点，通过动态偏移消除，可以降低通常由器件过度成型、热应力引起的电压偏移，从而在-40-150℃下具有出色的灵敏度稳定性。

精准的磁参数BOP/BRP控制和极小的温漂变化可以使霍尔位置反馈准确度提高，电机效率大大提升。采用先进的磁参数控制技术，包括片内磁参数Trimming，大幅提高了芯片的一致性，提高电机转子检测精度，增加电机能效，并提高电机产品的一致性，针对正弦弱磁场合（以及永磁同步电机）影响尤为明显。

如图 7所示为CH442磁参数随温度变化示意图，在-40℃~150℃范围内，磁参数的波动较小，具有良好的温度稳定性。

图7:CH442磁参数随温度变化曲线图

3内置稳压电路

霍尔传感器需要工作在电压相对稳定的环境下，而电动自行车的电机工作环境复杂，容易收到电磁干扰，通常电压有较大的波动。在以往的设计中需要添加稳压器，而CH44X在芯片内部集成了稳压调节电路，如图 8所示为CH44X的原理框图，在VCC端内部集成了稳压器，对供电电压进行稳压调节。工作电压宽至2.5~22V，无需在外部添加稳压器，既增强了电路的稳定性，又简化了外部电路设计。

图8:CH44X原理框图

4输出短路保护

电动自行车经常放置于室外而淋雨或可能会经过积水路面，可能造成芯片的输出短路。短路往往会对电路造成不可逆的破坏，影响电动自行车功能安全。CH44X系列具有输出短路保护功能，如图 8所示，在栅极的驱动电路和源极之间集成了过流保护，防止短路损坏，芯片应用更安全。

5电源反接保护

客户在调试过程中可能出现将电源线接反的可能，在芯片装配过程中工作人员也可能会出现将芯片装反的现象，造成芯片损坏甚至会损坏外围电路。CH44X系列具有电源反接保护功能，反向耐压高达-22V，有效规避用户电源反接时对芯片造成损坏。

6ESD保护

很多电机生产线不够规范，人工作业时，ESD等对芯片造成直接损坏和弱损坏的案例层出不穷，CH44X系列所有引脚专业机构ESD测试均满足AECQ100-002标准的±8000V HBM，可以满足生产装配过程中ESD防护要求，客户无需为ESD而担忧。

图9:CH44X ESD能力