Melexis lanceert ASIL‑klare Hall‑effectsensor voor veiligheidskritische automotivesystemen

Een Hall‑effectsensor genereert een spanning evenredig aan het magnetische veld dat het ontmoet. Deze apparaten dienen als duurzame nabijheids‑, positie‑, snelheids‑ en stroomsensoren, gewaardeerd voor hun lange levensduur omdat ze geen bewegende delen bevatten die kunnen verslijten.

Melexis heeft de MLX91377 geïntroduceerd, een ASIL‑klare lineaire Hall‑effect IC ontworpen voor veiligheidskritische automative omgevingen zoals elektrische vermogenssturing (EPAS). Ontwikkeld als een Safety Element Out of Context (SEooC), voldoet de MLX91377 aan ISO 26262-eisen en heeft AEC Q‑100 Grade 0-kwalificatie behaald.

Het Hall-effect produceert een meetbare transversale spanning in een geleider of halfgeleider wanneer een stroom doorheen passeert in de aanwezigheid van een magnetisch veld. De resulterende spanning is het evenwicht van Lorentz- en elektrische krachten en kan benut worden om magnetische velden te detecteren.

Het ontwerpen van een Hall‑effectsensor vereist een magneetsysteem dat reageert op de doel‑fysische parameter, gekoppeld aan een elektronische interface die het gevoelde magnetische veld omzet in een standaard analoge of digitaal signaal geschikt voor het host‑systeem.

Omdat ze zonder contact werken, worden Hall-sensoren breed toegepast in nabijheids‑, positionerings‑ en snelheidstoepassingen.

In hun meest basale vorm fungeren Hall-sensoren als analoge transducers, producerend een spanning die varieert met magnetische veldsterkte, wat geïnterpreteerd kan worden als afstand tot de Hall-plaat. Ze worden ook vaak geconfigureerd als digitale aan/uit-schakelaars of als snelheidsindicatoren in snelheidsmeters, ontstekingssystemen of anti‑blokkeer‑remssystemen.

Automotive-toepassingen eisen prestaties over een breed temperatuurbereik – van −40 °C tot 160 °C – terwijl ze hoge trillingen en potentiële besmetting door stof, vloeistoffen en andere verontreinigingen moeten weerstaan. Hall-sensoren moeten betrouwbaarheid behouden voor vele jaren onder deze harde condities.

Met een werkingtemperatuurbereik tot 160 °C, hoge lineariteit en uitstekende thermische stabiliteit – inclusief lage offset en minimale gevoeligheidsdrift – levert de MLX91377 nauwkeurige, betrouwbare koppelmeting voor EPAS-systemen, ondersteunend zowel conventionele als autonoome rijmodi.

De MLX91377 adresceert diverse automative en industriële contactloze positionerings‑use‑cases, waaronder stuurkoppelsensoren, versnellings‑, rem‑ of koppelingpedaal‑sensoren, absolute lineaire positie‑sensoren, drijver‑niveausensoren, contactloze potentiometers, kleine‑hoek positie‑sensoren en kleine‑hubs positie‑sensoren.

"De MLX91377 brengt verbeterde prestaties overall, wat uiterst eisende veiligheidskritische toepassingen zoals automative koppelmeting mogelijk maakt. Hoewel er momenteel geen ontwikkelbord beschikbaar is, wordt het apparaat ondersteund door Melexis' standaard programmeertool, de PTC‑04," legde Nick Czarnecki, Global Marketing Manager, Position and Speed Sensors, bij Melexis uit.

Figuur 1: MLX91377 blokdiagram

Programmeerbare meetbereiken en multi‑puntkalibratie bieden ontwerpers flexibiliteit, terwijl meerdere uitgangsprotocollen een enkele IC in staat stellen diverse toepassingen te bedienen, wat herkwalificeringsinspanningen en -kosten verlaagt. Het Short PWM Code (SPC) protocol maakt gesynchroniseerde metingen mogelijk – tot vier MLX91377 sensoren op 2 kHz – door data te transmitteren na detectie van een triggerpuls, wat deterministische latentie en hoge nauwkeurigheid garandeert (Figuur 1).

"Afhankelijk van het uitgangstype kan de MLX91377 getriggerd worden door een extern protocol of intern. Met het SPC-protocol wacht de sensor op een triggerpuls van de host-microcontroller, acquiseert, digitaliseert en compenseert dan snel magnetische data, lineariseert het met een programmeerbare lookup‑tabel en stuurt het in een digitaal SENT-formaat. In analoge modus acquiseert en compenseert de sensor de data autonoom voordat het een ratiometrische spanning uitgeeft voor de host om te lezen. Beide interfaces zijn wijd gebruikt in automotive, met SPC als nieuwer en doorgaans bevorzugd voor multi‑IC-configuraties. De triggerbare aard van SPC zorgt ervoor dat alle sensoren het magnetische veld gelijktijdig vastleggen, wat meetvertraging over IC's minimaliseert. Responstijd valt typisch onder 500 µs, en is nog lager in analoge modus."

Figuur 2: SPC timing-illustratie in 1,5 µs tick‑tijdmodus en H.2 formaat

In SPC-modus begint de MLX91377 direct met data-acquisitie bij ontvangst van de triggerpuls, ongeacht de geconfigureerde modus, en transmitteert de verworven data binnen dezelfde SENT-frame. Deze mogelijkheid is beschikbaar voor elke tick‑tijd gelijk aan of groter dan 1,5 µs (zie Figuren 2 en 3).

Figuur 3: SPC standaard master‑slave configuratie

De MLX91377 bereikt ASIL‑C functionele veiligheid in digitale modus (SENT of SPC) en ASIL‑B in analoge modus. Het biedt uitgebreide die‑level diagnostiek, detecterend interne fouten en tredend in een veilige staat om ongewenst voertuiggedrag te voorkomen.

Toekomstige uitdagingen zullen betrekking hebben op toenemend eisende werktemperaturen, verbeterde immuniteit tegen lekkagevelden bij groeiende voertuigelektrificatie, en nog hogere functionele veiligheidsstandaarden.

>> Dit artikel was oorspronkelijk gepubliceerd op onze zus‑site, Power Electronics News.