霍爾傳感器在汽車點火裝置中的應用

朱衛霞

【摘 要】霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變為電信號輸出，可用于監視和測量汽車各部件運行參數的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等。霍爾器件輸出量直接與電控單元接口，可實現自動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環境。

【關鍵詞】電動發動機 點火系統 信號

點火系統是汽油發動機重要的組成部分，點火系統的性能良好與否對發動機的功率、油耗和排氣污染等影響很大。汽車在行駛中出現的發動機工作不良，點火系統的故障占了好大的比例。因此，具有性能優良、工作可靠的點火系統，一直是廣大汽車設計、制造和使用者所努力追求的。點火系統的電子化，使得點火系統的點火性能進一步提高，工作可靠性加強，這對降低發動機的油耗和排污，提高發動機的動力性，、經濟性和工作可靠性都起了很大的作用，使電子點火系統特別是使用了微機控制的電子點火系統其維修的難度也相應增加了。

1 霍爾式點火系統結構

霍爾效應式無觸點電子點火系統的組成及特點：該系統主要由內裝信號發生器的分電器、電子點火器、點火線圈、高壓線、火花塞等組成。（霍爾效應式電子點火系統的組成 如圖1所示），該系統具有觸發信號強度穩定、點火正時精度高、工作電壓范圍寬、質量穩定、耐久性好、點火能量高且不受發動機轉速影響高速不斷火低速耗能少、起動可靠等優點，在現代汽車上得到廣泛的應用。如：桑塔納、捷達、紅旗轎車等。

圖 1霍爾效應式電子點火系統的組

1.1 霍爾信號發生器

霍爾信號發生器是根據霍爾效應原理制成的，它裝在分電器內。霍爾信號發生器的示意圖和基本結構如圖2所示，它由觸發葉輪和霍爾傳感器組成。觸發葉輪像傳統分電器的凸輪一樣，套裝在分電器軸的上部，它可以隨分電器軸一起轉動，又能相對分電器軸作少量轉動，以保證離心調節裝置正常工作。觸發葉輪的葉片數與氣缸數相等，其上部套裝分火頭，與觸發葉輪一起轉動。霍爾信號發生器是一個有源器件，它需要提供電源才能工作，霍爾信號集成塊的電源由點火器提供。霍爾集成電路輸出級的集電極為開路輸出形式，其集電極的負載電阻設置在點火器內。霍爾信號發生器有三根引出線且與點火器件相連接，其中一根是電源輸入線，一根是霍爾信號輸出線，一根是接地線。

圖2 霍爾式點火信號發生器

1.2 霍爾效應

霍爾效應如圖3 所示，厚度為 d 的N型半導體薄片上垂直作用了磁感應強度為 B 的磁場，若在一個方向上通以電流 I，N型半導體中多數載流子為電子——它沿與電流的相反方向運動，帶電粒子在磁場中的運動會受到洛倫茲力 FL 的作用，洛倫茲力 FL 的方向由左手定則決定，洛倫茲力的作用結果，使帶電粒子偏向 c，d 電極，在垂直于 B 和 I 的方向上產生一感應電動勢 VH，該現象稱為霍爾效。所產生的電動勢 VH 稱為霍爾電勢。

圖3 霍爾效應

1.3 霍爾集成電路

霍爾傳感器由帶導板（導磁）的永久磁鐵和霍爾集成塊組成，觸發葉輪的葉片在霍爾集成塊和永久磁鐵之間轉動。霍爾集成塊包括霍爾元件和集成電路，由于霍爾信號發生器工作時，霍爾元件產生的霍爾電壓UH是約20mV，信號很微弱，還需進行信號處理，這一任務由集成電路完成。霍爾元件產生霍爾電壓信號（UH），還要經過放大、脈沖整形，最后以整齊的矩形脈沖波（方波）輸出，輸出可達幾百mV。霍爾信號集成塊的原理框圖如圖4所示。

圖4 霍爾信號集成塊的原理

2 霍爾傳感器點火的工作原理

觸發葉輪轉動時，每當葉片進入永久磁鐵與霍爾集成塊之間的空氣隙時，霍爾集成塊中的磁場即被觸發葉輪的葉片所旁路（或稱隔磁），如圖5 汽車霍爾式分電器示意圖，這時霍爾元件不產生霍爾電壓，集成電路輸出級的晶體管處于截止狀態，信號發生器輸出高電位。當觸發葉輪的葉片離開空氣隙時，永久磁鐵的磁通便通過霍爾集成塊和導板構成回路，這時霍爾元件產生霍爾電壓，集成電路輸出級的晶體管處于導通狀態，信號發生器輸出低電位。

圖5 汽車霍爾式分電器示意圖

（1）帶缺口的觸發器葉片；（2）觸發器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關系；（3）葉片位置與點火正時的關系。1-觸發器葉片 2-槽口 3-分電器轉軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC）。

由上可知，葉片進入空氣隙時信號發生器輸出高電位，葉片離開空氣隙時，信號發生器輸出低電位。分電器不停地轉動，上述方波便不斷產生。霍爾信號發生器完成功能時的波形如，汽車電子點火電路及波形圖圖6所示，信號發生器輸出方波中，高低電位的時間比由觸發葉輪葉片的分配角（葉片寬度）決定。桑塔納轎車用分電器高低電位的時間比為7：3。點火器就是靠信號發生器輸入這樣的方波信號進行觸發并控制點火系工作的。

圖6 汽車電子點火電路及波形

（1）電路；（2）霍爾IC及點火線圈高壓側輸出波形。

3 結語

與傳統點火系相比，霍爾效應式電子點火系統用霍爾信號發生器代替凸輪，用電子點火控制器代替白金觸點，從而減少了零件的磨損，保證了點火系統的可靠性。并且不受灰塵、油污的影響，發動機起動性能好，它不受發動機轉速的影響，明顯地增強了發動機的起動性能，有利于低溫或其他惡劣條件下起動。霍爾傳感器在汽車點火裝置中目前已經得到廣泛的應用

參考文獻：

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