电机hall应用分析
[提要] 霍尔器件是一种半导体的磁敏器件，用于测量磁场的有无，大小及方向。
随着电动自行车的飞速发展,HALL(霍尔)这个原本陌生的名词被大家所熟悉,但是在实际使用中,它的存在也确实增加了无刷电机的故障率。更多时候行业的工程师们会去考究HALL器件的品质和稳定性，而忽略了一个重要的问题――HALL应该怎么用?下面就我个人的理解发表一点我的观点，仅工业内人士参考:
首先简单介绍一下HALL：
霍尔器件是一种半导体的磁敏器件，用于测量磁场的有无，大小及方向。由于它对磁敏感，本身又有放大电路集成在内部，因此输出讯号较大，使用中不再加运放放大，用起来非常方便。
从应用来看，分成线性及开关两类，开关应用中又分为单极、双极及锁存三种工作模式。
其次来看看HALL怕什么：
1．在测试及焊接过程中的注意事项――防止静电烧毁
静电对半导体器件的毁坏作用，日益显得突出，由于半导体器件是微功率器件，在集成电路中每一个晶体管的功率很小，耐压有一定的要求。如果受静电的冲击，很容易损坏。
静电在日常生活及实验室中处处存在。静电是由于两种或多种物品的摩擦而引起的，例如毛衣和尼龙衣服的摩擦，可以产生静电放电。在黑暗处可以看到火花，听到放电的声音，有时切割材料，也是产生摩擦，引起静电。静电由摩擦产生，因此静电势的高低也是依据不同的物质及摩擦的情况而定的。
按照静电的大小，分为三类：
(1) 第一类是所用的元器件，对静电放电最敏感，其静电电压在0-1000伏之间就会损坏器件。
(2) 第二类是所用的元器件，对静电放电敏感，其静电电压为1000-4000伏之间，在这一电压下，会损坏器件。
(3) 第三类是所用的元器件，对静电放电不敏感，其静电电压高到 4000-15000伏，才损坏器件。
一般霍尔开关及线性电路是属于第一类的器件，因此很容易受静电的损坏。HALL器件在出厂时用金属纸袋包装，或是用去静电的塑料袋包封，以防止静电的损伤。但在运输过程中，由于摩擦，包装表面也会产生静电，为了防止静电损坏器件，要求在启封后，严格遵循下列程序：
(1) 对测试人员，最好穿无静电的棉布衣服。如果穿毛衣或尼龙衣服，则会产生静电。因此要求在手腕上或脚上带一只金属环。该环与地线相接，如果身上出现静电，则能很快消除。
(2) 所用测试工具台及其他金属部分也应接地。如果不采取措施而身上带有高压静电，则：一种情况是霍尔器件处于与地绝缘的状态。则在取霍尔器件时，霍尔器件与操作人员同电位，在测试时由于测试系统接地，会造成对地短路的情况。则在接触霍尔器件时，即会通过霍尔器件对地放电而损坏器件。
(3)测试时要求使用输出低阻抗恒压源，并要求由较高的负载能力，例如无负载时，电压为5伏，接上霍尔器件后，仍然是5伏。 在测试系统中，要加保护电路，以吸收外电路及电源起伏时带来的影响。前面说过静电的产生是由于物体的摩擦，因此静电电压的高低是不确定的，所带的电荷也是不确定的，这就意味着经过静电放电冲击的霍尔器件不是每一只一定损坏掉。它们在经过静电放电后会有不同程度的损坏。但是这种不同程度的损坏，在今后的使用中，影响到它的寿命。有些严重损坏的，可能当时就不能用，已经失去逻辑作用。而轻微损伤的器件，在今后的使用中，会慢慢呈现出来。
2．在焊接过程中的管脚变形――停止机械损伤
应该说这一点在整个电动车电机行业是非常普遍的现象，做为电子类器件，可能没有哪个器件能够跟HALL一样被直接的安装在铁芯上,用器件本身做固定本体，用器件管脚跟连接导线直接焊接，这样的使用方法对器件本身就是非常严酷的损伤过程，HALL器件的管脚和内部晶元的连接本来就是非常纤细的金属丝，如果管脚被机械变形，那么同样会对器件造成软损伤，其表现状况和前面提到的静电损伤是一样的，也是不可测的。目前我公司已与日本AKE公司合作成功开发出带管脚保护功能的保护套来从根本上杜绝此事件。
3.电机检测和客户检测过程――防止二次损伤
二次损伤主要来自电机厂家出厂检测和整车厂家进料检测，其中最主要的二次损伤点有:二次静电损伤和误接触损伤,而这里的根本原因应该出在大家的标准插件使用不合适，HALL的5根引出线用接插件全部是独立且暴露状态。非常容易导致接触外界静电导致损伤；也同样很容易发生某个插件接触电源电压造成击穿损伤。对于这一点来说,比较好的解决方法就是改变接插件方式，采用集成线束的排针方式，彻底隔离二次损伤。目前我公司已经与绿源集团共同开发此插件标准。
4．选择器件时候应该注意的事项――不一致性损伤
由于目前行业技术和测试设备的限制,现在整个行业尚没有哪一家可以真正的对HALL做全方面的检测，大家常用的检测方法一般都是上机做实际测试实验,况且都是取样测试，那么就很难真正验证出HALL的隐藏参数：触发点的一致性。可以测试到的大多都只是：能否正常工作,能否在高温度下工作,能否具备置换通用性等。而在长期使用中,一致性恰好是很关键的参数，同样目前国内器件与国外器件的本质区别也在于产品的一致性，大家在使用的时候都是3颗为一组来使用。你目前所可以做到的控制器件的常用方法就是控制渠道，通过正规的渠道，获取正规的产品,除此以外目前尚没有更好的解决办法。
5．大功率电机使用应注意的――温度防护
由于行业的特殊性，大家在设计HALL位置的时候通常会直接在定子上开槽来安放HALL器件。那么由此而来的对设计温度的控制和对器件温度的选择就变的很关键了。通常来说电机的设计温度都会B级绝缘下选择，一般在130度为临界点，那么对HALL的选择也会集中选择125度的耐温点。不过在实际使用过程中,由于HALL是直接固定在定子上,而绕组也恰好在定子上,就是说HALL实际是在发热源上,一般电机在连续爬坡的情况下比较容易使绕组出现短时间大温升――超过130度,而此热量会直接传递到HALL,造成HALL信号飘逸，甚至HALL晶元部分损伤，导致工作失灵。所以一般来说,除非使用隔离保护套,否则在设计功率容量大的电机时候，应该选择更高耐温等级的器件，当然设计成本需要考虑。目前我公司采用的是与日本AKE公司合作开发的具有温度隔离和管脚保护双重功能的保护套结构。
最后来看看行业常用的保护方法与其有效性：
1．直接固定法
这种方式曾经是行业里通用方式，但是它确实是最不合理的方式，现在很多规范化的企业都已经改变做法，只有很少的小企业还在使用,因为上面根本没有什么保护方式，所以不多阐述。
2．这是目前的主流方式，它因为是使用了电路板,比较好的保护了器件焊接时候的机械损伤，和人为的静电损伤。但是它的缺陷就是仍旧无法保证管脚不被扭变形，于是就有了另外的保护方式。
3．这里比第二中方法主要是增加了一个带三孔的保护套,主要是想保护管脚根部的机械变形，这是对器件机械损伤的根源。此方法有一定的作用,但是由于保护套跟器件是分离的,所以依旧无法保护管脚的整体变形，同时此两中方法都没有办法做到温度隔离。
4．带HALL保护套+HALL板
这里给出的是一个完整的解决方案，它把HALL和保护套融合在一起,并在HALL引脚处延长2毫米引孔，把管脚部分做了整体有效保护,根除了机械损伤的可能性。由于塑料件是热的不良导体，同时有效的隔离了由于温度差异造成的热传递，有效保护HALL不受高温度冲击。此方案应该说是目前比较合理的方法。我公司已经在开始批量使用，并收到良好效果。
再顺便说一下关于进水的防护,这应该是比较简单的事情，一般企业都会采取涂密封胶的方式来做,也收到了比较好的效果,可以说是目前最简单有效的防护方法。