[实用新型]高压霍尔位置传感器芯片稳压电路

说明书

本实用新型提供一种高压霍尔位置传感器芯片稳压电路，包括：高压晶体管M1，高压晶体管M1的漏极与电源VDD连接；电压基准和增益单元，电压基准和增益单元的输入端与高压晶体管M1的源极连接，电压基准和增益单元的输出端与高压晶体管M1的栅极连接。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：解决了电机用霍尔位置传感器电源端的耐高压问题，使得传感器芯片的可靠性有了实质性的提高；整体稳压电路结构简单，高压器件少；解决了霍尔传感器低电压正常工作的问题，和一般稳压电路相比具有更低的工作电压。

技术领域

本实用新型涉及一种高压霍尔位置传感器芯片稳压电路。

背景技术

霍尔效应磁传感器广泛的应用于各行各业。在无刷电机领域，霍尔传感器用于无刷电机内部磁钢位置的检测，并实时输出其位置信号给电机控制器用于电机转动控制。随着无刷电机制作工艺的成熟和对性能要求的提高，对于霍尔传感器芯片的要求也在提高，主要体现在以下几个方面：

1)高耐压：随着电动交通工具的发展，人们希望交通工具能更快更远的行驶，这就需要选用更大容量及更高电压的电池供电系统。对于置于电机内部用于检测磁钢位置的霍尔位置传感器芯片来说，随着电机供电电压的升高，对芯片的端口耐压也有了新的需求。

2)低电压工作：电机控制器的内部主控芯片(MCU，DSP等)都向着降低工作电压方向发展，如从原来的5V供电向着3.3V供电发展。这也带动了霍尔位置传感器芯片在低电压下工作的需求。

3)宽工作温度范围：电机工作温度范围广，需要适应-40度到150度甚至到更高的温度范围，而霍尔位置传感器芯片和电机本体是在一起的，这就需要传感器芯片也能适应宽的工作温度范围。

4)小型封装体积要求：霍尔传感器作为磁钢位置检测需要插入到电机内部，电机本身内部空间有限，需要霍尔传感器芯片的封装体积尽量小。

图1为现有的直流无刷电机系统100。一般直流无刷电机主要有三个部分组成。电机供电系统101，电机控制及驱动器102以及电机本体103和三个霍尔位置传感器芯片104。其中105为电机供电的三相UVW电源，以及三个霍尔位置传感器芯片的电源、地及三根对应的位置反馈信号线。一般三相UVW电源105这几根线在实际应用中都是捆绑在一起进行连接的。

电机在转动过程中，UVW线上会产生方波波形，其最高电压可以达到电机供电系统的电压值。由于线束之间有杂散的寄生电容和电感的存在，其霍尔传感器信号线会受到UVW线的干扰也会产生很高的电压尖峰。经实际测试，其尖峰电压偶尔甚至比电机供电电压还高出1.5倍到2倍。另外插入到电机内部的芯片，在电机转动过程中会受到由电机线圈产生很多高频高压的尖峰电压。为了使得这些尖峰电压不至于损毁霍尔传感器芯片，这就需要芯片自身要有很高的耐高压特性。假设如果电机供电电压是48V，为了是霍尔传感器芯片安全可靠，必须将芯片的耐压提高到72V甚至96V以上。如果电机供电电压的进一步提高，相对于对霍尔传感器芯片的耐压要求也要相应的提高。

图2是一般霍尔传感器芯片的内部功能框图200。芯片供电电源VDD进来后需要经过稳压模块201进行稳压，产生VREG电压给芯片内部电路模块供电。202包含了霍尔传感器单元，放大器，比较器，驱动电路等主信号处理模块，之后由MOSFET或NPN203通过漏极开路或集电极开路输出(open Drain或open Collect)。因为不是超高压设计，漏极开路或集电极开路输出的输出管耐压一般在80V以下，在实际工作中还是会发现损毁的现象。

图3介绍一般霍尔传感器芯片的稳压模块电路结构300。为了兼顾内部稳压电压VREG的高频动态稳压特性，输出功率管301一般会选用NPN或NMOSFET作为输出调整管，但这样VDD和VREG的压差就不能做小，对应的芯片就不能在较低的电源电压下工作。同时输出调整管301在电源刚上电时需要高压启动电路304来完成电路工作状态的建立，这样就增加了电路的复杂性，而且因为电路需要用到的高压管较多，增加了芯片面积，芯片小型化封装会受到限制。所以电源端的耐压一般只能做到100V以下。