Mehrdimensionale Magnetfeldmessung
Hall-Sensoren in Ventilen und Aktuatoren
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Eine neue Single-Mold-Lösung
Die auf der 3D-HAL-Technik basierenden Direktwinkelsensoren HAC 37xy mit integrierten Kapazitäten bringen gute Voraussetzungen für diese Messaufgaben mit. Micronas hat dafür ein neues Gehäuse mit integrierten Kondensatoren entwickelt. Dabei wurde speziell auf eine Single-Mold-Lösung gesetzt. Diese bietet den Vorteil, dass die integrierten Kondensatoren so nah wie möglich am Sensorchip angebracht sind und dort optimal wirken. Single-Mold-Gehäuse haben zudem den Vorteil, dass es nicht zu elektrostatischen Entladungen (ESD) zwischen den beiden Gehäuseteilen kommen kann. In dem Fall wäre der Chip ungeschützt.
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Das verwendete TO92UF-Gehäuse bietet im Bereich der Direktwinkelsensoren den kleinsten Formfaktor. Die HAC-37xy-Sensoren können direkt auf das Stanzgitter im Sensormodul montiert werden. Der Mindestabstand von 2,54 mm zwischen den Sensor-Pins bietet genügend Abstand, um eine Schweißverbindung herzustellen. Auf Anfrage ist auch ein Abstand von 3,61 mm bei einer Variante mit gespreizten Anschlüssen möglich (Bild 2). Die Sensoren können problemlos bei Umgebungstemperaturen bis zu 160 °C eingesetzt werden. Dies ist besonders wichtig bei Applikationen wie AGR, Turbolader-Aktuatoren oder Bypass-Ventilen, die hohen Temperaturen im Abgasstrang ausgesetzt sind. Die Kondensatoren erfüllen in der 50-V-Ausführung auch anspruchsvolle EMV-Anforderungen. Die HAC-37xy-Sensoren überstehen auch den harten 85-V-Puls (DCC) der GMW3097 von General Motors, ohne weitere passive Bauelemente in das Sensorgehäuse integrieren zu müssen. Die HAC-37xy-Sensoren sind als Version mit einem ratiometrischen analogen Ausgang (HAC 372x) und auch mit digitalen Ausgängen verfügbar (HAC 373x). Neben dem klassischen PWM- (Pulsweiten-Modulation) Ausgang wird auch das SENT-Format nach SAEJ2716 der neusten Generation unterstützt. Alle HAC-37xy-Sensoren verwenden eine sogenannte Pixelzelle, die aus zwei vertikalen (BX, BY) und einem horizontalen Hall-Element (BZ) besteht. Diese Pixelzelle ermöglicht die gleichzeitige örtliche Messung dreier Magnetfeldvektor-Komponenten. Die vertikalen Hall-Elemente erfassen parallel zur Sensorfläche verlaufende Magnetfeldlinien, während die horizontalen Hall-Elemente die senkrecht durch die Chip-Oberfläche auftreffende Komponente detektieren. Die Fähigkeit, die relative Magnetfeldstärke beider Komponenten zu bestimmen, ist der Schlüssel zur hochgenauen Winkelmessung.
Im Bereich der linearen Wegmessung in AGR- und Turbolader-Systemen bieten die HAC-37xy-Sensoren mit dem „virtuellen Offset Feature“ eine Lösung zum Steigern der Genauigkeit oder zur Reduktion der Systemkosten. Bei der linearen Wegmessung können dank dieses Features günstige und kleine Magnete verwendet werden (~5 mm Länge) und trotzdem ein Linearitätsfehler <1 % über den vollen Temperaturbereich von −40 °C bis +160 °C erreicht werden. Bei der linearen Wegmessung wird normalerweise eine vertikale (BX oder BY) und eine horizontale Komponente des Magnetfelds gemessen (BZ). Beide sind im Gegensatz zu rotativen Anwendungen nur annähernd sinusförmig. Besonders zum Ende der Bewegung gibt es kaum noch einen Magnetfeldunterschied zwischen den beiden Magnetfeldkomponenten (Bild 3). Dies lässt sich bei den HAC-37xy-Sensoren leicht über einen temperaturabhängigen Offset korrigieren. Mit dem „Virtual Offset Feature“ bieten die HAC-37xy-Sensoren eine Möglichkeit, die Genauigkeit der Messung am Ende der Bewegung zu optimieren oder um den Magneten zu verkleinern und damit die Systemkosten zu reduzieren.
Bei der Verwendung der SENT-Schnittstelle bieten die HAC-373x-Sensoren die Möglichkeit, die Chip-Temperatur zu übertragen − entweder über den „Fast Channel“ zusammen mit der Positionsinformation oder im “Slow Channel“ über mehrere Frames. Die Temperaturinformation ist gerade im Abgasbereich interessant und erspart den Einsatz eines separaten Temperatursensors. Die HAC-37xy-Sensoren sind bezüglich Störfestigkeits-BCI-Tests bis zu 300 mA gemäß ISO 11452-4 (Open Loop) und PSA B21-100-C (Closed Loop) in die Klasse A eingestuft (maximal ±50 mV Ausgangssignalabweichung).
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