CH44X在電動自行車的應用和優(yōu)勢介紹

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(yǎng)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(zhuǎn)子、線圈為定子的構(gòu)造。電動機通過電流在線圈中流動產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵同極相斥/異極相吸的作用產(chǎn)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(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)

如圖 1所示為無刷電機的工作時序圖。在基點時W相產(chǎn)生吸力、V相的推力驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。霍爾傳感器通過感應磁場檢測轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

圖1:無刷電機工作時序

霍爾傳感器在檢測出轉(zhuǎn)子的磁鐵極性后，指定位置。檢測出轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)其旋轉(zhuǎn)角度將線圈電壓改變?yōu)檎也?，形成旋轉(zhuǎn)磁場，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)電動機旋轉(zhuǎn)，與旋轉(zhuǎn)同步，持續(xù)向線圈施加正弦波電壓，可以連續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

無刷電動機的速度通過改變電壓來進行調(diào)整。提高電壓，提高驅(qū)動指令波形的頻率，轉(zhuǎn)速將會提高。

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

圖2:正弦波驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)

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(huán)形，環(huán)繞在轉(zhuǎn)子周圍，對轉(zhuǎn)子的位置進行檢測。這種方法實現(xiàn)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(yōu)勢

意瑞半導體的CH44X芯片在磁參數(shù)一致性、穩(wěn)定性，電路保護方面做了充分的設計，在電動自行車應用領(lǐng)域具有如下優(yōu)勢。

1多種可供選擇的磁參數(shù)

磁參數(shù)是霍爾鎖存器最重要的參數(shù)，同時也是電動自行車應用中主要關(guān)心的參數(shù)。磁參數(shù)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(tài)不易發(fā)生誤翻轉(zhuǎn)；磁參數(shù)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(shù)是霍爾傳感器狀態(tài)發(fā)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(tài)圖?

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

2溫度穩(wěn)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(nèi)都擁有穩(wěn)定的工作性能。CH44X系列在整個工作溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定的工作點，通過動態(tài)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(wěn)定性。

精準的磁參數(shù)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(shù)控制技術(shù)，包括片內(nèi)磁參數(shù)Trimming，大幅提高了芯片的一致性，提高電機轉(zhuǎn)子檢測精度，增加電機能效，并提高電機產(chǎn)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(shù)隨溫度變化示意圖，在-40℃~150℃范圍內(nèi)，磁參數(shù)的波動較小，具有良好的溫度穩(wěn)定性。

圖7:CH442磁參數(shù)隨溫度變化曲線圖

3內(nèi)置穩(wěn)壓電路

霍爾傳感器需要工作在電壓相對穩(wěn)定的環(huán)境下，而電動自行車的電機工作環(huán)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(wěn)壓器，而CH44X在芯片內(nèi)部集成了穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路，如圖 8所示為CH44X的原理框圖，在VCC端內(nèi)部集成了穩(wěn)壓器，對供電電壓進行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。工作電壓寬至2.5~22V，無需在外部添加穩(wěn)壓器，既增強了電路的穩(wěn)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(jīng)常放置于室外而淋雨或可能會經(jīng)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(qū)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(diào)試過程中可能出現(xiàn)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(xiàn)將芯片裝反的現(xiàn)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(guī)避用戶電源反接時對芯片造成損壞。

6ESD保護

很多電機生產(chǎn)線不夠規(guī)范，人工作業(yè)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(yè)機構(gòu)ESD測試均滿足AECQ100-002標準的±8000V HBM，可以滿足生產(chǎn)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

審核編輯：湯梓紅