Sensor Hall visa sistemas automotivos essenciais para a segurança

Um sensor de efeito Hall varia sua tensão de saída em resposta a um campo magnético. Dispositivos de efeito Hall são usados ​​como sensores de proximidade e para posicionamento, velocidade e detecção de corrente. Um sensor de efeito Hall é uma solução duradoura porque não há peças mecânicas que se desgastem com o tempo.

A Melexis anunciou o IC do sensor Linear Hall MLX91377 pronto para ASIL. O dispositivo deve ser usado em sistemas automotivos essenciais para a segurança, como a direção assistida elétrica (EPAS). Desenvolvido como um elemento de segurança fora do contexto (SEooC), o MLX91377 está em conformidade com o padrão ISO 26262 e é qualificado para AEC Q-100 Grau 0.

Sensores de efeito Hall

O efeito Hall é a tensão mensurável através de um condutor (ou semicondutor) quando uma corrente elétrica fluindo por ele é influenciada por um campo magnético. Nessas condições, uma tensão transversal é gerada perpendicularmente à corrente aplicada devido ao balanceamento das forças Lorentz (eletromagnética) e elétrica.

O projeto de qualquer dispositivo de detecção de efeito Hall requer um sistema magnético capaz de responder ao parâmetro físico detectado por meio de uma interface de entrada eletrônica. O sensor de efeito Hall detecta o campo magnético e produz um sinal analógico ou digital adequadamente convertido em um padrão de acordo com os requisitos do sistema eletrônico.

Como isso permite que operem sem a necessidade de contato, os sensores Hall, portanto, encontram uma ampla gama de aplicações:eles são usados, por exemplo, como sensores de proximidade, posicionamento e velocidade.

Em sua forma mais simples, os sensores Hall operam como transdutores analógicos, que retornam uma tensão; em um campo magnético conhecido, é, portanto, possível medir a distância à placa de Hall. Também é comum encontrar sensores Hall combinados com circuitos que permitem que o dispositivo atue digitalmente - liga / desliga - e, portanto, como uma chave. Outra aplicação típica dos sensores Hall é medir a velocidade de eixos e rodas, como em velocímetros, sistemas de ignição de motores de combustão ou sistemas de frenagem antibloqueio.

As aplicações automotivas enfrentam uma ampla variedade de condições operacionais que variam de muito frio (-40 degC) a muito quente (160 degC). Além disso, eles estão sujeitos a altas vibrações e contaminação potencial por sujeira, poeira, líquidos, etc. Mesmo nessas condições, eles são obrigados a operar sem falhas por muitos anos. Um sensor Hall precisa ter um bom desempenho, mesmo nessa ampla faixa.

Solução Melexis

Com uma temperatura operacional ambiente de até 160 ° C e combinando alta linearidade com excelente estabilidade térmica, incluindo baixo deslocamento e desvio de sensibilidade, o MLX91377 suporta detecção de torque confiável e precisa em sistemas EPAS para permitir controle seguro em direção convencional e autônoma.

O MLX91377 satisfaz uma ampla variedade de casos de uso de detecção de posição sem contato automotivo e industrial, incluindo sensores de torque de direção, aceleração, freio ou sensores de pedal de embreagem, sensores de posição linear absoluta, sensores de nível flutuante, potenciômetros sem contato, sensores de posição de pequeno ângulo e sensores de posição de pequeno curso.

“O MLX91377 oferece desempenho aprimorado em todas as áreas para permitir aplicações críticas de segurança altamente exigentes, como sensoriamento de torque automotivo. Atualmente não há placa de desenvolvimento disponível, no entanto, o MLX91377 é suportado pela ferramenta de programação Melexis padrão, o PTC-04 ”, disse Nick Czarnecki, gerente de marketing global, sensores de posição e velocidade da Melexis.

Figura 1:Diagrama de blocos MLX91377

A faixa de medição programável e a calibração multiponto melhoram a flexibilidade para os projetistas, e a variedade de protocolos de saída permite que um único circuito integrado seja usado em várias aplicações, reduzindo os esforços e custos de requalificação. O protocolo Short PWM Code (SPC) permite que as medições sejam feitas e transmitidas após a detecção de um pulso de disparo. Isso permite que até quatro sensores MLX91377 de até 2 kHz sejam sincronizados, permitindo várias medições simultâneas de parâmetros magnéticos com latência determinística para garantir alta precisão (Figura 1).

“Dependendo do tipo de saída, o MLX91377 pode ser acionado pelo protocolo ou internamente. O MLX91377 oferece os dois métodos. Ao usar o protocolo SPC, o MLX91377 espera até que um pulso de disparo seja recebido pelo microcontrolador de controle ”, disse Nick Czarnecki.

Ele continuou:“Quando o pulso é detectado, o sensor adquire rapidamente os dados magnéticos, os digitaliza e compensa os erros de deslocamento e sensibilidade, lineariza-os de acordo com uma tabela de pesquisa programável e, em seguida, os transmite para o mestre em um formato digital de acordo com o Formato SENT. Ao operar no modo de saída analógica, o MLX91377 adquire os dados de forma autônoma, executa a mesma compensação que no modo SPC e, em seguida, emite o valor por meio de uma tensão raciométrica analógica para o microcontrolador do sistema ler. Ambas as interfaces são amplamente utilizadas no setor automotivo, sendo o SPC mais recente e geralmente preferido para configurações com vários circuitos integrados. A natureza acionável do SPC permite que todos os sensores adquiram o campo magnético ao mesmo tempo, minimizando assim o atraso de tempo entre as medições nos ICs. O tempo para receber a resposta depende da configuração do protocolo, mas normalmente é <500us e consideravelmente menor para a saída analógica. ”

Figura 2:Ilustração de tempo SPC no modo de tempo de escala de 1,5 μs e formato H.2

No modo SPC, o MLX91377 inicia a aquisição de dados assim que o pulso de disparo for recebido, independentemente do modo configurado. Ele enviará os dados adquiridos no mesmo frame SENT. Este recurso está disponível para qualquer tempo de tick maior ou igual a 1,5μs (figuras 2 e 3).

Figura 3:Configuração mestre-escravo padrão do SPC

O MLX91377 suporta o nível de segurança funcional ASIL-C no modo digital (SENT ou SPC) e ASIL-B no modo analógico, fornecendo um alto nível de diagnóstico no nível da matriz e é capaz de detectar falhas internas e se colocar em um estado seguro para prevenir o comportamento indesejado do veículo.

Os próximos desafios verão cada vez mais um ambiente operacional com temperaturas operacionais cada vez mais críticas. Da mesma forma, a imunidade aos campos de vazamento, com o aumento da eletrificação dos veículos, se tornará cada vez mais generalizada, assim como os requisitos de segurança funcional.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, Power Electronics News.