CN217957044U - 用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，包括基准电压源、霍尔元件和霍尔信号放大电路，所述霍尔元件的第一对电极分别接地信号和所述基准电压源电路提供的霍尔偏置电压信号，所述霍尔元件的第二对电极连接所述霍尔信号放大电路。本实用新型公开了的用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其能检测到更小的磁感应强度，有更高的霍尔灵敏度；能使电机换相更加平稳；能减小温度对霍尔电压的影响以及电源噪声对霍尔信号处理的干扰。

Description

用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路。

背景技术

与有刷直流电机相比，无刷直流电机是采用电子换相的方式代替了原来的电刷换相，电机换相与转子的位置有关。检测转子的位置可以采用有感和无感两种方式，有感方式是利用霍尔元件感应出转子磁场的变化，从而输出0或1的数字逻辑。

霍尔元件可以放在片外，也可以放在片内，但如果把霍尔元件集成到片内，能够检测到的磁场会更加微弱，而传统的电机驱动芯片中的霍尔信号放大电路采用一级放大比较电路，霍尔灵敏度有限，在磁感应强度更小时无法检测到霍尔电压信号。

由于当电机转子转到换相点附近时，霍尔元件能够感应到的磁场会非常微弱，所以在换相点附近存在着一小段时间是无法检测到霍尔信号的，在这段时间内电机依靠惯性进行换相，稳定性差。

由于霍尔元件是由半导体材料制作的，而半导体材料的载流子浓度、电阻率等参数会随着温度的变化而变化，因此霍尔元件输出的霍尔电压会存在温度漂移。

基准电压源不仅给霍尔元件提供霍尔偏置电压信号，同时也给霍尔信号放大电路提供电源信号，但电源噪声会对霍尔信号放大电路对霍尔信号的处理产生一定的干扰，特别是在磁感应强度很小时，霍尔电压很小，电源噪声的干扰对其的影响会更大。

因此，针对上述问题，予以进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其能检测到更小的磁感应强度，有更高的霍尔灵敏度；能使电机换相更加平稳；能减小温度对霍尔电压的影响以及电源噪声对霍尔信号处理的干扰。

为达到以上目的，本实用新型提供一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，用于在集成霍尔电机驱动芯片中对霍尔电压的检测与放大，包括基准电压源(用于提供电源)、霍尔元件和霍尔信号放大电路，其中：

所述霍尔元件的第一对电极(输入电极)分别接地信号和所述基准电压源电路提供的霍尔偏置电压信号，所述霍尔元件的第二对电极(输出电极)连接所述霍尔信号放大电路；

所述霍尔信号放大电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较电路，所述霍尔元件的第二对电极与所述一级放大电路的输入端电性连接并且所述一级放大电路的输出端与所述二级放大电路的输入端电性连接，所述二级放大电路的输出端与所述比较电路电性连接并且所述比较电路的输出端输出逻辑信号。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述一级放大电路包括放大器A1和放大器A2，其中：

所述放大器A1的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN+并且所述放大器A2的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN-；

所述放大器A1的负极输入端和所述放大器A2的负极输入端之间连接有电阻R1，所述放大器A1的负极输入端和输出端之间连接有电阻R2并且所述放大器A2的负极输入端和输出端之间连接有电阻R3。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述二级放大电路包括放大器A3，所述放大器A1的输出端通过电阻R4与所述放大器A3的正极输入端电性连接并且所述放大器A2的输出端通过电阻R5与所述放大器A3的负极输入端电性连接，所述放大器A3的输出端和负极输入端之间连接有电阻R6。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述比较电路包括比较器A4和比较器A5，其中：

所述放大器A3的输出端一路与所述比较器A4的正极输入端电性连接并且所述放大器A3的输出端另一路与所述比较器A5的正极输入端电性连接；

所述比较器A4的负极输入端输入基准电压值VREF1并且所述比较器A5的负极输入端输入基准电压值VREF2；

所述比较器A4的输出端通过施密特触发器S1输出逻辑信号V1并且所述比较器A5的输出端通过施密特触发器S2输出逻辑信号V2。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述霍尔信号放大电路还包括基准电压产生电路，电源端VCC依次通过电阻R7、电阻R8和电阻R9接地，所述电阻R7和所述电阻R8的共接端输出基准电压值VREF1并且所述电阻R8和所述电阻R9的共接端输出基准电压值VREF2。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，还包括电源噪声抑制电路和电压补偿电路，所述电源噪声抑制电路和所述基准电压源电性连接并且所述电压补偿电路和所述霍尔信号放大电路电性连接。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述逻辑信号V1和所述逻辑信号V2均输入集成霍尔电机驱动芯片的逻辑控制电路。

本实用新型的有益效果为：

相比于传统的一级放大比较电路，本实用新型提供的霍尔信号放大电路采用多级放大和比较电路结构，能够实现对更小的霍尔电压的检测与放大，即可以检测到更小的磁感应强度，增大了可以检测到的磁感应强度范围，具有更高的霍尔灵敏度。并且相比于传统的霍尔信号放大电路只输出一个逻辑信号，本实用新型提供的霍尔信号放大电路输出两个逻辑信号，分别对H桥不同的功率管进行驱动，实现更加精确的控制，通过减小两个逻辑信号分别发生高低电平跳变的时间间隔，比较电路与前端的多级放大电路对微小信号的放大功能配合，缩短了在换相点附近检测不到霍尔信号的时间，使电机更加平稳地换相。本实用新型提供的霍尔检测放大电路增加了电压补偿电路和电源噪声抑制电路，减小了霍尔电压的温度漂移，减小了电源噪声对霍尔信号处理的干扰，更好地保证了霍尔信号放大电路的正常工作。

附图说明

图1是本实用新型的用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路的结构示意图(整个集成霍尔电机驱动芯片)。

图2是本实用新型的用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路的霍尔信号放大电路图。

图3是现有的霍尔信号放大电路图。

图4是本实用新型的用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路的放大器的内部结构图。

图5是本实用新型的用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路的比较器的内部结构图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本实用新型公开了用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。

在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的电源端VCC和逻辑控制电路等可被视为现有技术。

优选实施例。

本实用新型公开了一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，用于在集成霍尔电机驱动芯片中对霍尔电压的检测与放大，包括基准电压源(用于提供电源)、霍尔元件和霍尔信号放大电路，其中：

所述霍尔元件的第一对电极(输入电极)分别接地信号和所述基准电压源电路提供的霍尔偏置电压信号，所述霍尔元件的第二对电极(输出电极)连接所述霍尔信号放大电路；

所述霍尔信号放大电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较电路，所述霍尔元件的第二对电极与所述一级放大电路的输入端电性连接并且所述一级放大电路的输出端与所述二级放大电路的输入端电性连接，所述二级放大电路的输出端与所述比较电路电性连接并且所述比较电路的输出端输出逻辑信号。

具体的是，所述一级放大电路包括放大器A1和放大器A2，其中：

所述放大器A1的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN+并且所述放大器A2的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN-；

所述放大器A1的负极输入端和所述放大器A2的负极输入端之间连接有电阻R1，所述放大器A1的负极输入端和输出端之间连接有电阻R2并且所述放大器A2的负极输入端和输出端之间连接有电阻R3。

更具体的是，所述二级放大电路包括放大器A3，所述放大器A1的输出端通过电阻R4与所述放大器A3的正极输入端电性连接并且所述放大器A2的输出端通过电阻R5与所述放大器A3的负极输入端电性连接，所述放大器A3的输出端和负极输入端之间连接有电阻R6。

进一步的是，所述比较电路包括比较器A4和比较器A5，其中：

所述放大器A3的输出端一路与所述比较器A4的正极输入端电性连接并且所述放大器A3的输出端另一路与所述比较器A5的正极输入端电性连接；

所述比较器A4的负极输入端输入基准电压值VREF1并且所述比较器A5的负极输入端输入基准电压值VREF2；

所述比较器A4的输出端通过施密特触发器S1输出逻辑信号V1并且所述比较器A5的输出端通过施密特触发器S2输出逻辑信号V2。

更进一步的是，所述霍尔信号放大电路还包括基准电压产生电路，电源端VCC依次通过电阻R7、电阻R8和电阻R9接地，所述电阻R7和所述电阻R8的共接端输出基准电压值VREF1并且所述电阻R8和所述电阻R9的共接端输出基准电压值VREF2。

优选地，还包括电源噪声抑制电路和电压补偿电路，所述电源噪声抑制电路和所述基准电压源电性连接并且所述电压补偿电路和所述霍尔信号放大电路电性连接。

优选地，所述逻辑信号V1和所述逻辑信号V2均输入集成霍尔电机驱动芯片的逻辑控制电路。

本实用新型的原理为：

如图1所示，集成霍尔电机驱动芯片包括霍尔检测放大电路、逻辑控制电路、驱动电路、H桥输出级、振荡器、PWM控制电路，其中的霍尔检测放大电路包括霍尔元件、霍尔信号放大电路、基准电压源中给霍尔元件以及霍尔信号放大电路提供电源的部分。霍尔元件的一对电极分别接地信号和基准电压源电路提供的霍尔偏置电压信号，作为霍尔元件的输入，另一对电极输出霍尔电压，接霍尔信号放大电路，霍尔信号放大电路输出的信号接逻辑控制电路，逻辑控制电路的输出信号接驱动电路，驱动电路接H桥输出级，H桥输出级由PMOS和NMOS功率管构成，H桥输出级接电机。

如图3所示，传统的霍尔信号放大电路采用一级放大比较电路，输出一个逻辑信号。如图2所示，在本实用新型的霍尔信号放大电路中，采用了多级放大和比较电路结构，其中A1、A2、A3为放大器(如图4所示，放大器包括MOS管、电阻和电容)，A4、A5为比较器(如图5所示，比较器包括若干MOS管)，每个比较器的输出都接了一个施密特触发器。霍尔元件输出的霍尔电压信号IN+和IN-分别接入放大器A1、A2，经过第一级放大后输出的两个信号接入放大器A3，经过第二级放大后的此信号接入比较器A4、A5后经过施密特触发器输出逻辑信号V1、V2，其中比较器A4、A5输入端的VREF1、VREF2信号是两个基准电压值。A1、A2为高增益运放，A3的增益大小在保证A3输出信号不失真的前提下调整到最大，使得即使在磁感应强度很小时，也能将两个霍尔输入电压IN+和IN-的差值放大到大于比较器的阈值电压，A4、A5都为高灵敏度比较器。

本实用新型的霍尔信号放大电路通过两个比较器来输出两个逻辑信号，相比于传统的霍尔信号放大电路只输出一个逻辑信号，能更加精确地控制H桥输出级不同功率管的导通与关断。逻辑信号V1、V2接入后面的逻辑控制电路和驱动电路，产生四个开关信号驱动H桥输出级，逻辑信号V1、V2分别对应的两个开关信号驱动不同的功率管，例如V1对应的两个开关信号只驱动功率管P1和N1，V2对应的两个开关信号只驱动功率管P2和N2。逻辑信号V1、V2的波形是高低电平相互跳变，在换相点附近存在一小段时间是两者都为低电平。逻辑信号V1、V2在为高电平时，对应的功率管开关信号是高低电平变化的，在为低电平时，对应的功率管开关信号一直保持高电平状态。在保证逻辑信号V1、V2不会同时为高电平的情况下，通过调整电阻的大小来缩小VREF1和VREF2的差值，使逻辑信号V1与逻辑信号V2分别发生高低电平跳变的时间间隔变小，这缩短了在换相点附近H桥没有对管导通的时间，即OUT1和OUT2之间没有电流的时间，比较电路与前端的多级放大电路对微小信号的放大功能配合，从而缩短了在换相点附近检测不到霍尔信号的时间。

如图1所示，在本实用新型的霍尔检测放大电路中，加入了电压补偿电路和电源噪声抑制电路。电压补偿电路根据输入的霍尔电压信号对霍尔信号放大电路中的每个电压信号进行温度补偿，减小温度对霍尔电压的影响。电源噪声抑制电路对电源噪声进行抑制，减小了电源噪声对霍尔信号处理的干扰，更好地保证了霍尔信号放大电路的正常工作。

值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的电源端VCC和逻辑控制电路等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，用于在集成霍尔电机驱动芯片中对霍尔电压的检测与放大，其特征在于，包括基准电压源、霍尔元件和霍尔信号放大电路，其中：

所述霍尔元件的第一对电极分别接地信号和所述基准电压源电路提供的霍尔偏置电压信号，所述霍尔元件的第二对电极连接所述霍尔信号放大电路；

所述霍尔信号放大电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较电路，所述霍尔元件的第二对电极与所述一级放大电路的输入端电性连接并且所述一级放大电路的输出端与所述二级放大电路的输入端电性连接，所述二级放大电路的输出端与所述比较电路电性连接并且所述比较电路的输出端输出逻辑信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，所述一级放大电路包括放大器A1和放大器A2，其中：

所述放大器A1的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN+并且所述放大器A2的正极输入端连接所述霍尔元件输出的霍尔电压信号IN-；

所述放大器A1的负极输入端和所述放大器A2的负极输入端之间连接有电阻R1，所述放大器A1的负极输入端和输出端之间连接有电阻R2并且所述放大器A2的负极输入端和输出端之间连接有电阻R3。

3.根据权利要求2所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，所述二级放大电路包括放大器A3，所述放大器A1的输出端通过电阻R4与所述放大器A3的正极输入端电性连接并且所述放大器A2的输出端通过电阻R5与所述放大器A3的负极输入端电性连接，所述放大器A3的输出端和负极输入端之间连接有电阻R6。

4.根据权利要求3所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器A4和比较器A5，其中：

所述放大器A3的输出端一路与所述比较器A4的正极输入端电性连接并且所述放大器A3的输出端另一路与所述比较器A5的正极输入端电性连接；

所述比较器A4的负极输入端输入基准电压值VREF1并且所述比较器A5的负极输入端输入基准电压值VREF2；

所述比较器A4的输出端通过施密特触发器S1输出逻辑信号V1并且所述比较器A5的输出端通过施密特触发器S2输出逻辑信号V2。

5.根据权利要求4所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，所述霍尔信号放大电路还包括基准电压产生电路，电源端VCC依次通过电阻R7、电阻R8和电阻R9接地，所述电阻R7和所述电阻R8的共接端输出基准电压值VREF1并且所述电阻R8和所述电阻R9的共接端输出基准电压值VREF2。

6.根据权利要求5所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，还包括电源噪声抑制电路和电压补偿电路，所述电源噪声抑制电路和所述基准电压源电性连接并且所述电压补偿电路和所述霍尔信号放大电路电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于集成霍尔电机驱动芯片的霍尔检测放大电路，其特征在于，所述逻辑信号V1和所述逻辑信号V2均输入集成霍尔电机驱动芯片的逻辑控制电路。

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