ASIL-C-Magnetfeldsensoren

Störfeldrobuste Motorpositionserfassung

25. Mai 2023, 9:05 Uhr | Nicole Wörner

Die neue Micronas-2D-Hall-Effekt-Sensorfamilie HAL 302x für Positionsmessungen in High-Speed-Anwendungen

Mit höchster Winkelgenauigkeit selbst unter schwierigen mechanischen und elektrischen Bedingungen in der Highspeed-Motorpositionserfassung punkten die störfeldrobusten 2D-Hall-Positionssensoren der neuen Serie HAL 302x von TDK Micronas.

Die nach den Richtlinien für Funktionale Sicherheit nach ISO 26262 ASIL C entwickelte Sensorfamilie besteht zunächst aus zwei Mitgliedern, HAL 3020 und HAL 3021, mit differenziellen und single-ended Sinus- und Cosinus-Analogausgängen für die standardisierte Winkelberechnungen durch einen externen Mikrocontroller oder eine ECU.

Der HAL 3020 ist die richtige Wahl für kosteneffiziente Anwendungen, wie elektrische Pumpen oder elektrische Ventile. Der Sensor lässt sich nahtlos mit dem embedded-Motor-Controller-Portfolio von TDK Micronas kombinieren, um eine präzisere und sichere Motoransteuerung zu ermöglichen. Der HAL 3021 eignet sich für anspruchsvollere High-Speed-Anwendungen wie elektrische Servolenkungen, Elektromotoren (E-Achse), elektrische Bremskraftverstärker und elektromechanische Bremsen (EMB).

Alle HAL 302x-Sensoren messen einen vollen 360°-Drehwinkel, indem sie die vertikalen Magnetfeldkomponenten (BZ) auswerten. Während der HAL 3020 eine Anordnung von drei horizontalen Hall-Elementen verwendet, nutzt der HAL 3021 sechs Hall-Elemente. Beide Sensoren sind in der Lage, externe magnetische DC- und AC-Störfelder zu kompensieren (ISO 11452-8). Durch die Unterdrückung harmonischer Störungen in den Stimulationssignalen anhand interner Berechnungen reicht ein einfacher und kostengünstiger zweipoliger Ferritmagnet in einer On-Axis-Konfiguration (End-of-Shaft) aus, um die absolute Winkelposition zu messen. Dank der inhärenten Störfeld-Robustheit entfällt die Notwendigkeit einer teuren magnetischen Abschirmung und der Einsatz von stärkeren Magneten. Das bringt mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Produktion von Elektromotoren der nächsten Generation, die in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Hinsichtlich der Robustheit des Sensors gegenüber statischen und dynamischen mechanischen Ausrichtungsfehlern, wie z.B. außeraxiale Verschiebung, Luftspaltvariation und Verkippung ist der HAL 3021 laut Hersteller branchenweit führend. Das gewährleistet eine zuverlässige und effiziente Feld-orientierte Motoransteuerung über die gesamte Lebensdauer. Um den Aufwand auf Seiten des Steuergeräts zu verringern, kann der Sensor auf Chipebene die wichtigsten Nicht-Idealitäten auf Sensor- und Systemebene kompensieren, wie z.B. Sinus- und Cosinus-Amplitudenabweichung, Offset-Fehler, (absoluter) 0-Winkel- und Orthogonalitätsfehler.

Die HAL-302x-Sensorfamilie ist gemäß ISO 26262 als Safety Element out of Context (SEooC) ASIL C ready definiert und unterstützt die Integration auf Systemebene bis zu ASIL D. Der Sensor integriert verschiedene Überwachungsfunktionen für die funktionale Sicherheit, die dazu beitragen, die Diagnoseabdeckung zu erhöhen und die externe Überwachung sicherheitsrelevanter Funktionen auf der Steuergeräteseite zu vereinfachen. Die Sensoren arbeiten im Sperrschichttemperaturbereich von -40 bis +170 °C und sind in einem kleinen achtpoligen SOIC8-SMD-Gehäuse erhältlich.

Muster sind ab sofort verfügbar, der Produktionsstart ist für die erste Hälfte des Jahres 2024 geplant.