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Infineons neuer 2-Kanal-TMR-Winkelsensor

ixMR - Eine Sensortechnologie unter der Lupe

18. Juli 2018, 15:30 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wie arbeitet der TMR-Winkelsensor TLE5501?

Der TLE5501 ist ein analoger TMR-basierter Winkelsensor (360°) für die Erfassung der Magnetfeldorientierung. Die erfassten Rohsignale (Sinus- und Kosinus-Winkelkomponenten) werden als differenzielle Ausgangssignale für die Verarbeitung durch einen Mikrocontroller zur Verfügung gestellt. Durch die große Ausgangsspannung der zugrundeliegenden Brückenschaltung ist keine weitere Signalverstärkung nötig. Damit sind für die Integration auf dem entsprechenden Board keine weiteren Bauelemente erforderlich und die Signalverarbeitung des analogen Sensorsignals kann direkt im Mikrocontroller erfolgen. So können auch Kompensationsalgorithmen (Winkelgenauigkeit, Linearität über die Temperatur, etc.) per Software genutzt werden, um die Sensorgenauigkeit zu erhöhen. Außerdem ist eine optimale Anpassung der Performance für die jeweilige Zielapplikation mittels Software möglich.

Im Hinblick auf die funktionale Sicherheit…

...kann der Sensor relativ einfach diagnostiziert werden, weil nur eine einfache Sensorbrücke überwacht werden muss. Durch die direkte Anbindung an den Mikrocontroller ist der TEL5501 für vielfältige Applikationen im Automobil-, Industrie- und Konsumer-Bereich prädestiniert. Dazu zählen die elektrische Lenkung, Motorsteuerungen für Scheibenwischer und andere Automotive-Systeme bzw. grundsätzlich alle Konfigurationen wo der Sensor auf der Antriebswelle (End-of-Shaft) für BLDC-Motoren montiert ist, wie etwa auch Service-Roboter.

Der TLE5501 verfügt über acht TMR-Widerstände,…

...die in zwei Wheatstone-Brücken angeordnet sind. Die Widerstandswerte hängen von der Ausrichtung des externen Magnetfeldes ab. Jede Brücke liefert ein differenzielles Ausgangssignal (Signalamplitude von etwa 300 mv/V), sprich Sinus- und Kosinus-Signale, die dann für die Winkel-Berechnung genutzt werden können.

Es gibt zwei Derivate: Der TLE5501 E0001 ist pin-kompatibel zum GMR-basierten TLE5009. Damit ist ein einfacher Austausch für bestehende Designs möglich. Die Version TLE5501 E0002 hat zwei unabhängige VDD- und GND-Pins für die P- bzw. N-Brücke. Damit stehen zwei unabhängige Brückensignale (Kanäle) zur Verfügung, die in Safety-Konzepten einen Quercheck mit hoher Diagnose-Abdeckung durchführen können und so Fehlfunktionen vermeiden. Da auch sonst weniger externe Bauelemente benötigt werden, wird kostbarer Bauraum gespart und die Systemkosten in sicherheitskritischen Anwendungen wie dem Gas- und Bremspedal oder bürstenlosen Gleichstrommotoren in Servolenkung, Getriebe und Kupplung werden gesenkt.

Bei einer Versorgungsspannung von 5 V ist der Versorgungsstrom mit nur 2 mA spezifiziert. Der Magnetfeldbereich umfasst 20 bis 100 mT. Der typische Winkelfehler beträgt (nicht kompensiert) nur 1° über die Temperatur und die Lebenszeit. Der TLE 5501 wird in einem kleinen DSO8-Gehäuse geliefert.