Präzise Hallsensoren Kosten im Griff

Um Anforderungen nach kompakteren Designs und strenge Umweltvorgaben zu erfüllen, braucht der Markt kleine und energieeffiziente Hallsensoren. Wichtig sind nicht nur technische Parameter wie präzise Schaltpunkte, stabiler Betrieb und geringe Leistungsaufnahme – auch der Preis muss stimmen.

von Jürgen Mann, Product Marketing Manager für die Produktfamilien Angular Linear Hall Sensors, Current Sensors und Hall Position Sensors bei Infineon Technologies.

Eine neue Baureihe Hallsensoren, die Versionen mit Latch- oder Switch-Charakteristik umfasst, hat Infineon vorgestellt. Alle Modelle bieten laut Hersteller präzise Schaltpunkte, stabilen Betrieb und geringe Leistungsaufnahme. Einige der neuen Produkte adressieren die Anforderungen von 5-V-Systemen in Automobilanwendungen (TLE496x-xM) und in der Industrieelektronik (TLI496x-xM). Andere wiederum adressieren sehr kostenempfindliche Konsumer-Anwendungen (TLV496x-xTA/B).

Die Sensor-ICs integrieren Hall-Element, Bias-Generator, Kompensationsschaltungen (Chopper), Oszillator und Ausgangstransistor. Der Bias-Generator liefert den Strom für das Hall-Element und die aktiven Schaltungen.Die Kompensationsschaltungen bewirken stabiles Temperaturverhalten. Zudem minimieren sie die Effekte von Prozessschwankungen, die aus verschiedenen Einflüssen resultieren: Erstens weist jedes Sensor-IC fertigungsbedingt Abweichungen bezüglich des magnetischen Schaltpunkts auf, zweitens verlieren die Permanentmagnete in bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC, Brushless DC) mit steigender Temperatur etwas an magnetischer Feldstärke und drittens kann der Sensor durch mechanischen Stress und Temperaturschwankungen zu driften beginnen. Für präzises Schalten der Hallsensoren, ist die Kompensation diese Effekte erforderlich.

Die neue Bausteinfamilie führt die Schaltschwelle abhängig von der Temperatur nach und kompensiert so temperaturbedingte Feldstärkeänderungen des Magneten. Zusätzlich erfolgt das »Choppen« der Hallzellen. Diese aktive Fehlerkompensation reduziert Offsets im Signalpfad und Einflüsse von mechanischem Stress, verursacht durch Verguss- oder Lötprozesse sowie thermischen Stress im Gehäuse. Das Chopper-basierte Messprinzip in Kombination mit dem Schwellwertgenerator und dem Komparator bewirkt recht genaue, temperaturstabile magnetische Schaltpunkte.

Bild 1 zeigt das Blockdiagramm der Sensoren TLV496x-xTA/B für den Konsumermarkt. Diese Sensoren haben erweiterte Schutzfunktionen gegen Überstrom und Übertemperatur und lassen sich so mit einer ungeregelten Stromversorgung betreiben. Im Gegensatz dazu sind die Modellen TLE/TLI496x-xM für 5-V-Umgebungen vorgesehen. Während die TLE496x-xM-Ausführungen für Anwendungen im Automobil qualifiziert sind, bietet die TLI496x-xM-Serie den gleichen Funktionsumfang, mit dem Temperaturbereich von –40 °C bis +125 °C jedoch für industrielle Applikationen.