TDK-Micronas / Hall-Sensorik Allrounder in der Automobil-Elektronik

Fertigung von Hall-Effekt-Sensoren
Fertigung von Hall-Effekt-Sensoren

Der Anfang 2016 von TDK übernommene Hall-Sensor-Hersteller Micronas firmiert inzwischen unter TDK-Micronas, die Produkte werden jedoch weiterhin unter der Marke Micronas vertrieben. Seine starke Position in der Automobil-Elektronik hat das Unternehmen seit der Übernahme konsequent ausgebaut.

Mit Micronas’ Hall-Sensoren lässt sich eine Vielzahl unterschiedlichster Sensor-Anwendungen für Automotive realisieren − von der Kommutierung bürstenloser Elektromotoren (BLDC) bis zur präzisen Lenkwinkelmessung. Daneben können Hall-Effekt-Sensoren auch in Industrie-Applikationen eine Reihe von Aufgaben übernehmen. 

Die Kombination aus Hall-Sensor und Permanentmagnet erlaubt die Erfassung von Messgrößen wie Drehzahl, Winkel, Rotation, Füllstand, Druck, Drehmoment und Stromstärke. Gegenüber anderen Technologien haben optimal gehäuste Hall-Sensoren den Vorteil, gegen Staub, Schmutz und Wasser unempfindlich zu sein. Da sie keinen mechanischen Kontakt zum Messobjekt haben, zeigen sie keine Verschleißerscheinungen, sind also sehr zuverlässig. 

Die Technologien im Einzelnen:

Hall-Schalter

Bei Annäherung eines Magneten an den Sensor wird die gemessene Magnetfeldstärke mit einem Schwellwert verglichen. Ist dieser überschritten (Schaltpunkt), ändert sich der Schaltzustand am Ausgang des Sensors, der typenabhängig unipolares, bipolares oder Latch-Schaltverhalten aufweist.

TDK bietet dafür zwei Micronas-Schalterfamilien an: die programmierbaren Schalter der Serien HAL 10xy und HAL 15xy mit vordefinierten Kennwerten. Die HAL-15xy-Familie wurde in erster Linie für Automotive-Applikationen konzipiert und erfüllt die Anforderungen an Funktionale Sicherheit entsprechend ISO 26262. Diese Schalter sind in den Gehäusen TO92 und SOT23 als 3-Draht- oder 2-Draht-Version erhältlich. Letztere besitzt einen Stromquellenausgang und kommt dadurch mit nur zwei Zuleitungen aus. Typische Anwendungen für Hall-Schalter sind Endpositionserkennung und Drehzahlmessung.

Hall-Schalter ersetzen zunehmend herkömmliche Mikroschalter zum Beispiel in Gurtschlössern. Darüber hinaus können sie in Verbindung mit einem Motorcontroller für die Kommutierung bürstenloser Elektromotoren eingesetzt werden.

Linear-Hall-Effekt-Sensoren

Für Wegmessungen oder die Messung von Drehbewegungen werden die komplexeren Micronas Linear-Hall-Sensoren mit linearer Ausgangskennlinie benötigt, die ein zur Magnetfeldstärke proportionales Signal ausgeben. Dieses wird als analoge Spannung, pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) oder im SENT-Protokoll zur Verfügung gestellt. 

Zum TDK-Portfolio gehören vier programmierbare Linear-Hall-Sensorfamilien. Deren Ausgangskennlinien lassen sich mit Hilfe von bis zu 32 Stützstellen linearisieren, womit Toleranzen der Magnete oder des mechanischen Aufbaus vollständig kompensiert werden können. 

Die neueste Micronas-Sensorgeneration HAL 24xy ist diagnosefähig und für genaue Distanzmessungen bis zu 40 mm und Winkelmessungen bis zu 180 Grad ausgelegt. 

Für den Einsatz in besonders sicherheitskritischen Drive-by-Wire-Anwendungen hat der Sensortyp HAR 24xy eine Redundanzfunktion. In diesem Fall sind zwei unabhängige Sensor-Chips (Dual-Die) in ein TSSOP-Gehäuse integriert. 

Zu den Anwendungen zählen Magnetfeldmessungen und der Ersatz konventioneller und damit hohem Verschleiß ausgesetzter Potentiometer. In Fahrzeugen kommen Linear-Hall-Sensoren insbesondere für die Erkennung von Pedalstellungen oder Lenkmomenten zum Einsatz.

Direktwinkel-Sensoren

Während Linear-Sensoren (1D) lediglich die Amplitude eines Magnetfelds erfassen, sind Direktwinkel-Sensoren (2D) in der Lage, zusätzlich die Ausrichtung des Feldes zu messen: Neben der Magnetfeldkomponente senkrecht zur Chipoberfläche detektieren vertikale Hall-Elemente die Komponente in der Chipebene. Die interne Signalverarbeitung errechnet daraus Winkel- und Positionsinformationen.

Die Micronas-Sensorfamilie HAL 37xy nutzt die firmeneigene 3D-HAL-Technologie und bietet eine hohe Messgenauigkeit. Neben der Ausgangskennlinie können die Hauptkennwerte durch Programmierung des nichtflüchtigen Speichers an den Magnetkreis angepasst werden.

Der HAC 37xy ist mit integrierten Kondensatoren ausgestattet, um kostengünstig und platzsparend beste EMV-Eigenschaften und leiterplattenlose Anwendungen zu ermöglichen. 

HAR 37xy ist die Dual-Die-Version der HAL-37xy-Familie. Typische Einsatzgebiete sind sehr genaue Messungen von Magnetfeldausrichtung oder linearer Bewegung bis zu 40 mm und Winkeln bis zu 360 Grad. Direktwinkel-Sensoren eignen sich ideal für die Detektion der Stellung von Drosselklappe oder Kupplungspedal.