Melexis bringt ASIL-bereiten Hall-Effekt-Sensor für sicherheitskritische Automobilsysteme

Ein Hall-Effekt-Sensor erzeugt eine Spannung proportional zum begegneten Magnetfeld. Diese Bauelemente dienen als langlebige Näherungs-, Positions-, Geschwindigkeits- und Stromsensoren, geschätzt für ihre lange Lebensdauer, da sie keine beweglichen Teile enthalten, die verschleißen können.

Melexis hat den MLX91377 vorgestellt, einen ASIL-bereiten linearen Hall-Effekt-IC, entwickelt für sicherheitskritische Automobilumgebungen wie elektrische Servolenkung (EPAS). Als Safety Element out of Context (SEooC) entwickelt, erfüllt der MLX91377 ISO 26262-Anforderungen und hat AEC Q-100 Grade 0 Qualifikation erreicht.

Hall-Effekt-Sensoren

Der Hall-Effekt erzeugt eine messbare transversale Spannung in einem Leiter oder Halbleiter, wenn ein Strom hindurchfließt in Gegenwart eines Magnetfeldes. Die resultierende Spannung ist das Gleichgewicht aus Lorentzkraft und elektrischer Kraft und kann genutzt werden, um Magnetfelder zu detektieren.

Das Design eines Hall-Effekt-Sensors erfordert ein Magnetsystem, das auf den Ziel-Physikalischen Parameter reagiert, gekoppelt an ein elektronisches Interface, das das gespürte Magnetfeld in ein standardisiertes analoges oder digitales Signal umwandelt, geeignet für das Host-System.

Da sie berührungslos arbeiten, werden Hall-Sensoren weit in Näherungs-, Positionierungs- und Geschwindigkeitsanwendungen eingesetzt.

In ihrer einfachsten Form fungieren Hall-Sensoren als analoge Wandler, die eine Spannung erzeugen, die mit der Magnetfeldstärke variiert, was als Distanz zur Hall-Platte interpretiert werden kann. Sie werden auch häufig als digitale Ein/Aus-Schalter oder als Geschwindigkeitsanzeigen in Tachos, Zündsystemen oder Antiblockiersystemen konfiguriert.

Automobilanwendungen fordern Leistung über einen breiten Temperaturbereich – von −40 °C bis 160 °C – bei hoher Vibration und potenzieller Kontamination durch Staub, Flüssigkeiten und andere Verunreinigungen. Hall-Sensoren müssen über viele Jahre unter diesen rauen Bedingungen zuverlässig bleiben.

Melexis Lösung

Mit einem Betriebstemperaturbereich bis 160 °C, hoher Linearität und exzellenter thermischer Stabilität – einschließlich niedrigem Offset und minimalem Sensitivitätsdrift – liefert der MLX91377 präzise, zuverlässige Drehmomentmessung für EPAS-Systeme, unterstützt sowohl konventionelles als auch autonomes Fahren.

Der MLX91377 adressiert diverse Automobil- und Industrie-Kontaktlos-Positions-Sensing-Anwendungen, einschließlich Lenkmoment-Sensoren, Gas-, Brems- oder Kupplungspedal-Sensoren, absolute lineare Positionssensoren, Füllstandssensoren, berührungslose Potentiometer, Kleinwinkel-Positions- und Kleinhub-Positions-Sensoren.

„Der MLX91377 bringt verbesserte Leistung across the board, ermöglicht hochanspruchsvolle sicherheitskritische Anwendungen wie automotives Drehmoment-Sensing. Obwohl aktuell kein Development Board verfügbar ist, wird das Bauelement durch Melexis' Standard-Programmiertool, den PTC-04, unterstützt“, erklärte Nick Czarnecki, Global Marketing Manager, Position and Speed Sensors, bei Melexis.

Abbildung 1: MLX91377 Blockdiagramm

Programmierbare Messbereiche und Mehrpunkt-Kalibrierung geben Designern Flexibilität, während multiple Output-Protokolle es einem einzelnen IC erlauben, diverse Applikationen zu bedienen, was Requalifizierungsaufwand und -kosten reduziert. Das Short PWM Code (SPC) Protokoll ermöglicht synchronisierte Messungen – bis zu vier MLX91377 Sensoren bei 2 kHz – indem Daten nach Erkennung eines Triggerpulses übertragen werden, was deterministische Latenz und hohe Genauigkeit garantiert (Abbildung 1).

„Abhängig vom Output-Typ kann der MLX91377 durch externes Protokoll oder intern getriggert werden. Mit SPC wartet der Sensor auf einen Triggerpuls vom Host-Mikrocontroller, erfasst dann schnell, digitalisiert und kompensiert Magnetdaten, linearisiert sie mittels programmierbarer Lookup-Tabelle und sendet sie im digitalen SENT-Format. Im Analog-Modus erfasst und kompensiert der Sensor autonom die Daten bevor er ein ratiometrisches Spannungssignal für den Host ausgibt. Beide Interfaces sind in der Automobilindustrie weit verbreitet, wobei SPC neuer und generell für Multi-IC-Konfigurationen bevorzugt wird. Die Triggerbarkeit von SPC stellt sicher, dass alle Sensoren das Magnetfeld simultan erfassen, was Messverzögerung über ICs minimiert. Ansprechzeit liegt typischerweise unter 500 µs, im Analog-Modus noch niedriger.“

Abbildung 2: SPC Timing-Illustration im 1,5 µs Tick-Time-Modus und H.2 Format

Im SPC-Modus startet der MLX91377 Datenerfassung sofort beim Empfang des Triggerpulses, unabhängig vom konfigurierten Modus, und übermittelt die erfassten Daten im selben SENT-Frame. Diese Fähigkeit ist für jeden Tick-Time ≥ 1,5 µs verfügbar (siehe Abbildungen 2 und 3).

Abbildung 3: SPC Standard Master-Slave-Konfiguration

Der MLX91377 erreicht ASIL-C funktionale Sicherheit im Digitalmodus (SENT oder SPC) und ASIL-B im Analogmodus. Er bietet umfassende Die-Level-Diagnostik, die interne Fehler detektiert und in einen sicheren Zustand übergeht, um unbeabsichtigtes Fahrzeugverhalten zu verhindern.

Zukünftige Herausforderungen werden zunehmend anspruchsvolle Betriebstemperaturen, verbesserte Immunität gegen Streufelder bei wachsender Fahrzeugelektrifizierung und immer höhere funktionale Sicherheitsstandards umfassen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite Power Electronics News veröffentlicht.