멜렉시스, 안전 크리티컬 자동차 시스템용 ASIL 대응 홀 이펙트 센서 출시

홀 이펙트 센서는 마주치는 자기장에 비례하는 전압을 생성한다. 이 장치들은 움직이는 부품이 없어 마모되지 않아 긴 수명이 장점인 내구성 있는 근접, 위치, 속도, 전류 센서로 쓰인다.

멜렉시스(Melexis)는 전기 파워 어시스트 스티어링(EPAS) 같은 안전 크리티컬 자동차 환경을 위해 설계된 ASIL 대응 리니어 홀 이펙트 IC인 MLX91377을 출시했다. 문맥 밖의 안전 요소(SEooC)로 개발된 MLX91377은 ISO 26262 요구사항을 충족하고 AEC Q-100 Grade 0 인증을 획득했다.

홀 효과는 전류가 자기장 속에서 도체나 반도체를 통과할 때 횡전압이 측정 가능하게 생성되는 현상이다. 결과 전압은 로렌츠 힘과 전기 힘의 평형으로 자기장을 감지하는 데 활용된다.

홀 이펙트 센서 설계에는 대상 물리적 파라미터에 반응하는 자기 시스템과, 감지된 자기장을 호스트 시스템에 적합한 표준 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하는 전자 인터페이스가 결합되어야 한다.

비접촉 동작으로 홀 센서는 근접, 위치, 속도 애플리케이션에 널리 쓰인다.

가장 기본적인 형태에서 홀 센서는 자기장 세기에 따라 변하는 전압을 출력하는 아날로그 트랜스듀서로 작동하며, 이는 홀 플레이트까지의 거리로 해석될 수 있다. 또한 디지털 온오프 스위치나 속도계, 점화 시스템, ABS 같은 속도 표시기로 자주 구성된다.

자동차 애플리케이션은 -40°C~160°C의 넓은 온도 범위에서 성능을 요구하며 높은 진동과 먼지, 액체 등 오염 물질 잠재 하에서 견뎌야 한다. 홀 센서는 이러한 혹독한 조건에서 수년간 신뢰성을 유지해야 한다.

최대 160°C 동작 온도 범위, 높은 선형성, 낮은 오프셋과 최소 감도 드리프트를 포함한 우수한 열 안정성으로 MLX91377은 기존 및 자율 주행 모드 모두를 지원하는 EPAS 시스템의 정확하고 신뢰할 수 있는 토크 감지를 제공한다.

MLX91377은 스티어링 토크 센서, 가속/브레이크/클러치 페달 센서, 절대 리니어 위치 센서, 플로트 레벨 센서, 비접촉 포텐셔미터, 소각도 위치 센서, 소스트로크 위치 센서 등 다양한 자동차 및 산업용 비접촉 위치 감지 유스케이스를 다룬다.

"MLX91377은 전반적인 성능 향상으로 자동차 토크 감지 같은 고도로 요구되는 안전 크리티컬 애플리케이션을 가능하게 합니다. 현재 개발 보드는 제공되지 않지만, 장치는 멜렉시스의 표준 프로그래밍 도구인 PTC-04로 지원됩니다."라고 멜렉시스의 글로벌 마케팅 매니저 닉 자르네키(Nick Czarnecki)가 설명했다.

그림 1: MLX91377 블록 다이어그램

프로그래밍 가능한 측정 범위와 다중 포인트 보정으로 설계자에게 유연성을 제공하며, 다중 출력 프로토콜로 단일 IC가 다양한 애플리케이션을 커버해 재인증 노력과 비용을 줄인다. 숏 PWM 코드(SPC) 프로토콜은 트리거 펄스 감지 후 데이터를 전송해 최대 4개 MLX91377 센서를 2kHz로 동기화 측정할 수 있게 하여 결정론적 지연시간과 높은 정확도를 보장한다(그림 1).

"출력 유형에 따라 MLX91377은 외부 프로토콜이나 내부적으로 트리거될 수 있습니다. SPC 프로토콜에서는 호스트 마이크로컨트롤러의 트리거 펄스를 기다렸다가 자기 데이터를 빠르게 획득, 디지털화, 보상하고, 프로그래머블 룩업 테이블로 선형화한 후 디지털 SENT 형식으로 전송합니다. 아날로그 모드에서는 센서가 자율적으로 데이터를 획득하고 보상한 후 호스트가 읽을 수 있는 비율계 전압을 출력합니다. 두 인터페이스 모두 자동차에서 널리 쓰이며, SPC가 더 새롭고 일반적으로 멀티 IC 구성에 선호됩니다. SPC의 트리거 가능 특성은 모든 센서가 자기장을 동시에 포착하게 해 IC 간 측정 지연을 최소화합니다. 응답 시간은 일반적으로 500µs 미만이며 아날로그 모드에서는 더 낮습니다."

그림 2: 1.5µs 틱 타임 모드와 H.2 포맷에서 SPC 타이밍 예시

SPC 모드에서 MLX91377은 구성된 모드와 관계없이 트리거 펄스 수신 즉시 데이터 획득을 시작하고 같은 SENT 프레임 내에서 획득한 데이터를 전송한다. 이 기능은 1.5µs 이상 모든 틱 타임에서 사용 가능하다(그림 2, 3 참조).

그림 3: SPC 표준 마스터-슬레이브 구성

MLX91377은 디지털 모드(SENT 또는 SPC)에서 ASIL-C, 아날로그 모드에서 ASIL-B 기능 안전을 달성한다. 내부 결함을 감지하고 안전한 상태로 진입해 의도치 않은 차량 동작을 방지하는 포괄적인 다이 레벨 진단을 제공한다.

미래 과제로는 점점 더 요구되는 동작 온도, 차량 전동화 증가에 따른 누설 필드에 대한 향상된 내성, 점점 더 높은 기능 안전 표준이 있다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트 Power Electronics News에 게재되었습니다.