Hallsensor richt zich op veiligheidskritieke autosystemen

Een Hall-effectsensor varieert zijn uitgangsspanning als reactie op een magnetisch veld. Hall-effect-apparaten worden gebruikt als naderingssensoren en voor positionering, snelheid en stroomdetectie. Een Hall-effectsensor is een duurzame oplossing omdat er geen mechanische onderdelen zijn die na verloop van tijd verslijten.

Melexis heeft de MLX91377 ASIL-ready Linear Hall-sensor-IC aangekondigd. Het apparaat is bedoeld voor gebruik in veiligheidskritieke autosystemen zoals elektrische stuurbekrachtiging (EPAS). De MLX91377, ontwikkeld als Safety Element Out of Context (SEooC), voldoet aan de ISO 26262-norm en is gekwalificeerd voor AEC Q-100 Grade 0.

Hall-effectsensoren

Het Hall-effect is de meetbare spanning door een geleider (of halfgeleider) wanneer een elektrische stroom die er doorheen stroomt, wordt beïnvloed door een magnetisch veld. In deze omstandigheden wordt een dwarsspanning gegenereerd loodrecht op de aangelegde stroom vanwege het balanceren van de Lorentz (elektromagnetische) en elektrische krachten.

Het ontwerp van een Hall-effect-detectieapparaat vereist een magnetisch systeem dat in staat is te reageren op de fysieke parameter die wordt gedetecteerd via een elektronische invoerinterface. De Hall-effectsensor detecteert het magnetische veld en produceert een analoog of digitaal signaal dat geschikt is omgezet in een standaard volgens de vereisten van het elektronische systeem.

Omdat ze hierdoor contactloos kunnen werken, vinden Hall-sensoren daarom een ​​breed scala aan toepassingen:ze worden bijvoorbeeld gebruikt als nabijheids-, positionerings- en snelheidssensoren.

In hun eenvoudigste vorm werken Hall-sensoren als analoge transducers, die een spanning retourneren; in een bekend magnetisch veld is het daarom mogelijk om de afstand tot de Hall-plaat te meten. Het is ook gebruikelijk om Hall-sensoren te vinden in combinatie met circuits waarmee het apparaat digitaal – aan/uit – en dus als schakelaar kan werken. Een andere typische toepassing van Hall-sensoren is het meten van de snelheid van assen en wielen, zoals in snelheidsmeters, ontstekingssystemen van verbrandingsmotoren of antiblokkeerremsystemen.

Automobieltoepassingen hebben te maken met een breed scala aan bedrijfsomstandigheden, variërend van zeer koud (-40 °C) tot zeer heet (160 °C). Bovendien zijn ze onderhevig aan hoge trillingen en mogelijke vervuiling door vuil, stof, vloeistoffen, enz. Zelfs onder deze omstandigheden moeten ze jarenlang storingsvrij werken. Een hall-sensor moet zelfs over dit brede bereik goed presteren.

Melexis-oplossing

Met een omgevingstemperatuur tot 160°C en een combinatie van hoge lineariteit met uitstekende thermische stabiliteit, inclusief lage offset en gevoeligheidsdrift, ondersteunt de MLX91377 nauwkeurige, betrouwbare koppeldetectie in EPAS-systemen om veilige controle mogelijk te maken bij conventioneel en autonoom rijden.

De MLX91377 voldoet aan een breed scala aan auto- en industriële contactloze positiedetectietoepassingen, waaronder stuurkoppelsensoren, versnellings-, rem- of koppelingspedaalsensoren, absolute lineaire positiesensoren, vlotterniveausensoren, contactloze potentiometers, kleine hoekpositiesensoren en kleine slagpositiesensoren.

“De MLX91377 zorgt voor verbeterde prestaties over de hele linie om zeer veeleisende veiligheidskritieke toepassingen mogelijk te maken, zoals koppeldetectie in auto's. Momenteel is er geen ontwikkelbord beschikbaar, maar de MLX91377 wordt ondersteund door de standaard Melexis programmeertool de PTC-04”, zegt Nick Czarnecki, Global Marketing Manager, Position and Speed ​​Sensors, bij Melexis.

Figuur 1:MLX91377 blokschema

Programmeerbaar meetbereik en meerpuntskalibratie verbeteren de flexibiliteit voor ontwerpers, en de verscheidenheid aan uitvoerprotocollen maakt het mogelijk om één geïntegreerd circuit in meerdere toepassingen te gebruiken, waardoor herkwalificatie-inspanningen en -kosten worden verminderd. Met het Short PWM Code (SPC)-protocol kunnen metingen worden uitgevoerd en verzonden nadat een triggerpuls is gedetecteerd. Hierdoor kunnen maximaal vier MLX91377-sensoren tot 2 kHz worden gesynchroniseerd, waardoor meerdere gelijktijdige metingen van magnetische parameters met deterministische latentie mogelijk zijn om een ​​hoge nauwkeurigheid te garanderen (Afbeelding 1).

“Afhankelijk van het outputtype kan de MLX91377 worden geactiveerd door het protocol of intern worden geactiveerd. De MLX91377 biedt beide methoden. Bij gebruik van het SPC-protocol wacht de MLX91377 tot een triggerpuls wordt ontvangen door de controlerende microcontroller, "zei Nick Czarnecki.

Hij vervolgde:"Wanneer de puls wordt gedetecteerd, verwerft de sensor snel de magnetische gegevens, digitaliseert deze en compenseert offset- en gevoeligheidsfouten, lineariseert deze volgens een programmeerbare opzoektabel en verzendt deze vervolgens naar de master in een digitaal formaat volgens de VERZONDEN formaat. Bij gebruik in analoge uitgangsmodus verwerft de MLX91377 autonoom de gegevens, voert dezelfde compensatie uit als in SPC-modus en voert vervolgens de waarde uit via een analoge ratiometrische spanning die de systeemmicrocontroller kan lezen. Beide interfaces worden veel gebruikt in de automobielindustrie, waarbij SPC nieuwer is en over het algemeen de voorkeur heeft voor multi-IC-configuraties. De triggerbare aard van SPC zorgt ervoor dat alle sensoren het magnetische veld tegelijkertijd kunnen verwerven, waardoor de tijdvertraging tussen de metingen over IC's wordt geminimaliseerd. De tijd om het antwoord te ontvangen hangt af van de protocolconfiguratie, maar is doorgaans <500us en aanzienlijk lager voor de analoge uitgang.”

Afbeelding 2:SPC-timingillustratie in 1,5μs tick time-modus en H.2-formaat

In de SPC-modus start de MLX91377 de data-acquisitie zodra de triggerpuls is ontvangen, ongeacht de geconfigureerde modus. Het zal de verkregen gegevens in hetzelfde SENT-frame verzenden. Deze functie is beschikbaar voor elke tiktijd groter dan of gelijk aan 1,5 s (afbeelding 2 en 3).

Figuur 3:SPC standaard master-slave configuratie

De MLX91377 ondersteunt ASIL-C functioneel veiligheidsniveau in digitale modus (SENT of SPC) en ASIL-B in analoge modus, waardoor een hoog niveau van diagnostiek op het niveau van de matrijs wordt geboden en is in staat om interne fouten te detecteren en zichzelf in een veilige staat te plaatsen om ongewenst voertuiggedrag voorkomen.

De volgende uitdagingen zullen in toenemende mate een werkomgeving zijn met steeds kritischere bedrijfstemperaturen. Evenzo zal de immuniteit voor lekkagevelden, met toenemende elektrificatie van voertuigen, steeds wijdverbreider worden, evenals functionele veiligheidseisen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, Power Electronics News.