霍尔传感器在电动自行车中的应用

霍尔传感器在电动自行车中的应用

霍尔传感器在电动自行车中的应用非常广泛，特别是在调速转把和刹车系统中。本文将详细介绍霍尔传感器在电动自行车中的具体应用及其工作原理。

霍尔传感器在电动自行车调速转把中的应用

调速转把是电动自行车的调速部件，一般位于骑行者右手边，转动角度范围在0-30度之间。其工作原理是通过转动转把来调节磁场强度，霍尔IC根据磁场强度输出不同的电压值，进而控制电动机的旋转速度。

线性霍尔电路由电压调整器、霍尔电压发生器、线性放大器和射极跟随器组成，其输入是磁感应强度，输出是与输入量成正比的电压。静态输出电压（B=0GS）是电源电压的一半左右。

当S磁极出现在霍尔传感器标记面时，将驱动输出高于零电平；N磁极将驱动输出低于零电平。瞬时和比例输出电压电平决定于器件最敏感面的磁通密度。提高电源电压可增加灵敏度。

在电动自行车上使用的霍尔转把信号主要有以下几种：

• 转把种类输出电压：正把/5V供电，反把/5V供电
• 单霍尔转把：1.1-4.2V（最多）/4.2-1.1V（少量）；2.6-3.7V（极少）/3.7-2.6V；1-2.5V/2.5-1V；2.5-4V/4-2.5V
• 双霍尔转把：0-5V/5-0V
• 光电转把：0-5V（少量）/5-0V

其中最常用的是1-4.2V（俗称正把）和4.2-1V（俗称反把）两种信号的转把。目前市场上通用的控制器绝大多数是识别1-4.2V转把信号的产品。

当电动车的转把或控制器需要维修更换时，如果遇到转把信号与控制器不匹配的情况，需要对转把进行改制。具体方法是改变转把内部磁钢工作面的极性。如果转把内有两个磁钢，分别将两个磁钢都转180°；如果转把内只有一个磁钢，将磁钢取出，反转180°后重新安装。

锁定转把的转把上加了一个机械开关按钮，可以在控制器的控制下作为模式转换按钮，用于1：1助力、电动、定速、故障自检的模式转换。

线性位置检测通过线性霍尔IC实现。线性霍尔IC的输出电压与穿过其本身的磁场强度成正比，在静态（无磁场）时，静态输出电压等于工作电压的一半。根据磁场特性和强度其输出电压上升或下降。通过磁场强度的变化可以得知相应位置数据的改变，输出电压与感应到的磁场极性和强度的关系固定。

市面上常用的线性霍尔传感器有矽睿半导体霍尔系列的SWG501NS、SWU502NS、SWG505NS、SWD514NS、SWB514NS、SWG515NS等。其产品特点包括体积小、精确度高、灵敏度高、线性好、温度稳定性好、可靠性高等。

霍尔传感器在电动自行车刹车系统中的应用

转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，刹信号是电机停止转动的制动信号。电动车标准要求电动车在刹车制动时，控制器应能自动切断对电机的供电。

电动车闸把的位置传感元件有两种：机械式微动开关（分机械常开和机械常闭两种）和开关型霍耳感应元件（分刹车低电位和刹车高电位两种）。

机械开关型有两条引线，一条接负极，另一条接断电线，适用于低电平刹车控制器。对于支持高电平刹车的控制器，一条接+12V，另一条接断电线。霍耳型有三条引出线：刹车线（细蓝+5V）、负极（细黑）、剩余的一条为断电线。

电子刹把的刹车开关是由霍尔元件和磁钢组成的，其原理和无刷电机的霍尔一样，都是开关型的，霍尔元件靠感应磁钢的位置来输出高低电平信号。例如，捏住刹把后，霍尔元件和磁钢位置对应准确，输出高电平信号，信号驱动控制器内部的电子开关电路（ＮＰＮ三极管组成），将转速信号与地旁路。

还有一种是捏住后输出低电平信号，它驱动控制器内部由ＰＮＰ三极管组成的电子开关电路，将"转速信号"与地旁路。机械刹把内部就是一个"常开开关"，捏住刹把后开关闭合，将转速信号与地旁路。

霍尔开关的选型

霍尔开关是将霍尔元件的输出与设定的阈值进行比较，并输出高低电平信号。按照对磁通密度极性和变化的要求，可具体分为单极型、全极型和锁存型。

单极型

只对单个磁极（N极或S极）有响应。

市面上通用的单极性霍尔传感器有矽睿半导体霍尔系列的SWF254S、SWB254S、SWC254N、SWD310N、SWD253N、SWU313S等。

全极型

对单个磁极皆有响应，不区分N极或S极，便于安装。

市面上通用的全极霍尔传感器有矽睿半导体霍尔系列的SWF204NS、SWU204NS、SWG205NS、SWU214NS、SWU320NS、SWG321NS等。

锁存型

必须跨越0 Gauss点，以实现开关动作，同时需要N极和S极。

市面上通用的锁存型霍尔传感器有矽睿半导体霍尔系列的SWU210NS、SWG211NS、SWG213NS、SWU332NS、SWG333NS、SWU334NS等。