Halleffekt-Sensor handhabt extreme Umgebungen

June 21, 2010 - Ieper, Belgium - Melexis freut sich, die MLX92211, die zweite Generation der Hall-Effekt-Latch-Sensoren für Kfz-Anwendungen, auf den Markt zu bringen. Der MLX92211 ist ein würdiger Nachfolger der weltweit geschätzten USx88x-Serie von Melexis. Wir haben viel Sorgfalt auf die Entwicklung dieser neuen Plattform verwandt. Das Ergebnis ist ein überaus leistungsfähiges und robustes Standardprodukt für die ständig steigenden Anforderungen im Automobilbereich wie z. B. elektrische Servolenkung (EPS), Fensterheber/Sonnendach, Sitzversteller, Scheibenwischer oder Motorkommutierung.

Das MLX92211 stellt einen sehr sensitiven Halleffekt-Sensor dar, der zwischen 2,7 und 24 Volt betrieben wird und bei Produkten der Autobranche sowie bei kundenbezogenen und industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Mit einem Verschlussmagnet wird der geöffnete Ablass auf „EIN“ und „AUS“ eingestellt, wobei das südliche und nördliche Magnetfeld senkrecht zur Oberseite des Gehäuses angewendet wird. Dies ist typisch für Fälle mit rotierenden Anwendungen, bei denen in der Welle ein magnetisiertes Polrad eingesetzt wird.

Weil dieses Gerät speziell für Automobilanwendungen entwickelt wurde, werden alle Schutzvorkehrungen integriert, die bei der Benutzung von „integrierten“ oder „ferngesteuerten“ Sensoren notwendig sind. Sie umfassen u.a. die Bestimmung von hoher elektrostatischer Entladung (ESD), die Auflösung von Strombegrenzung und die Output-Kurzschlusssicherung.

Brandneue Plattform
Der MLX92211-Kern basiert auf einem hohen Spannungsprozess im Submikronbereich, der dafür geeignet ist, niedrige und hohe Betriebsspannungen zwischen 2,7 und 24 Volt sowie niedrige und hohe Betriebstemperaturen zwischen -40 und 150 Grad Celsius zu verkraften.

Der gesamte Magnetkern wurde bei dieser Plattform neu entwickelt, und zwar mit Konzentration auf das Offset-Unterdrückungssystem, um bei Temperaturunempfindlichkeit schnellere und genauere Abläufe zu ermöglichen. Zusätzlich wurde ein negativer Temperaturkoeffizient von – 1000ppm/Grad Celsius (Teil pro Millionen pro Grad Celsius) implementiert, um das natürliche Verhalten des Magnets, das bei Temperaturanstieg schwächer wird, aufzufangen.

Das Ergebnis führt zu einem sehr stabilen und akkuraten magnetischen Schaltpunkt von normalerweise ±3mT (Millitesla) bei 25 Grad Celsius, während der Output regelmäßig jede 6us (Mikrosekunden) mit einem Zwischenbereich von nur ±3us aktualisiert wird. Dies erhöht daher den Wiederholungsfaktor innerhalb der Anwendung.

Technisches Kleinod für den Automobilbereich
Basierend auf unserer langjährigen Erfahrung, die wir mit der bekannten USx88x-Serie im Automobilbereich sammeln konnten, gab es bei der Entwicklung des MLX92211 ein wesentliches Ziel: „Designed for Automotive“.

Zunächst bietet der sehr gute Schutz gegen elektrostatische Entladungen von bis zu 4000 Volt (HBM) an jedem Pin einen komfortablen Sicherheitspuffer gegen mögliche ESD-Belastungen während der Modulmontage und dem Einsatz. Der integrierte Verpolungsschutz der Stromzuführung bietet dem Bauteil optimalen Schutz vor falschem Anschluss der Stromzuführung, was bei „Remote“-Sensoren sehr wichtig ist. Der Open-Drain-Ausgang ist ebenfalls für den Fall, dass bei eingeschaltetem Ausgangstreiber zwischen dem Versorgungsspannungs-Pin und dem Ausgang ein Kurzschluss entsteht, durch einen integrierten Überstromschutz geschützt.

Der Einsatz langer Kabel im Automobilbereich ist grundsätzlich eine Quelle von Störungen auf der Versorgungsleitung. Ein konventioneller Hall-Sensor kann sensibel auf Spannungsschwankungen nahe der Mindestbetriebsspannung reagieren, da diese den magnetischen Messzyklus stören können, was zu unerwartetem Umschalten des Ausgangs (output toggling) führen kann. Der MLX92211 meistert dieses Problem durch eine Abschaltung bei zu niedriger Eingangsspannung (Under-Voltage-Lockout). Wie dies auch bei einem komplexen Mikrocontroller der Fall ist, blockiert das Bauteil, wenn eine kritische niedrige Spannung erreicht ist, wodurch ein unerwartetes Verhalten oder ein unerwünschter Impuls am Ausgans-Pin verhindert wird.

Wenn der Kurzschlussschutz aktiviert wird, erkennt die integrierte Abschaltautomatik, ob dieser Zustand länger als 20 Millisekunden anhält, was einen dauerhaften Fehler bedeuten würde. Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgang automatisch auf OFF geschaltet. Nun wird der Ausgangstreiber alle 3,5 Millisekunden auf ON geschaltet wird, um zu prüfen, ob der Kurzschlussfehler-Zustand noch immer besteht. Da das Umschalten auf Fehlermodus die Lebenserwartung eines Produktes verkürzt, kann die Zuverlässigkeit des Bauteils durch diesen intelligenten Schutz erhöht werden, da ein Verbleiben im Fehlermodus bis zum manuellen Eingriff vermieden wird. Dieser Zyklus kann auch innerhalb der Anwendung genutzt werden, um das Vorhandensein eines Kurzschlusszustands zu erkennen und die entsprechenden Schritte zu ergreifen (Merker setzten o. ä.).

Und schließlich hat das Bauteil in strengen Tests für elektromagnetische Kompatibilität im Automobilbereich seine hervorragende Leistungsfähigkeit und Widerstandfähigkeit auch unter rauen Bedingungen unter Beweis gestellt.

Bauweise und Verfügbarkeit
Der MLX92211 ist im 3-Pin TSOT-Paket für die SMD-Bestückung erhältlich – Pakte-Code „SE“. Dieses Paket wurde so ausgeführt, dass der Chip zur Oberseite des Pakets weist. So kann das Hall-Sensor-Element näher an der Gehäuseoberseite platziert werden, wodurch die Gesamtgröße des effektiven Luftspalts gesenkt wird, die für einige Anwendungen von Bedeutung sein kann.

Das SE-Paket hält „grüne" Richtlinien ein, wozu insbesondere die RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) zählt. Es enthält zudem weder Blei noch Halogene.

Der MLX92211 ist für die Fertigung großer Stückzahlen verfügbar, technische Muster sind auf Anfrage erhältlich.