안전이 중요한 자동차 시스템을 대상으로 하는 홀 센서

홀 효과 센서는 자기장에 반응하여 출력 전압을 변화시킵니다. 홀 효과 장치는 근접 센서와 위치 지정, 속도 및 전류 감지에 사용됩니다. 홀 효과 센서는 시간이 지남에 따라 마모되는 기계적 부품이 없기 때문에 오래 지속되는 솔루션입니다.

Melexis는 MLX91377 ASIL 지원 선형 홀 센서 IC를 발표했습니다. 이 장치는 EPAS(Electric Power-Assisted Steering)와 같은 안전이 중요한 자동차 시스템에 사용하기 위한 것입니다. SEooC(Safety Element Out of Context)로 개발된 MLX91377은 ISO 26262 표준을 준수하며 AEC Q-100 Grade 0에 적합합니다.

홀 효과 센서

홀 효과는 도체(또는 반도체)에 흐르는 전류가 자기장의 영향을 받을 때 도체(또는 반도체)를 통해 측정할 수 있는 전압입니다. 이러한 조건에서 로렌츠(전자기)와 전기력의 균형 때문에 인가된 전류에 수직으로 가로 전압이 생성됩니다.

홀 효과 감지 장치의 설계에는 전자 입력 인터페이스를 통해 감지된 물리적 매개변수에 응답할 수 있는 자기 시스템이 필요합니다. 홀 효과 센서는 자기장을 감지하고 전자 시스템의 요구 사항에 따라 표준으로 적절하게 변환된 아날로그 또는 디지털 신호를 생성합니다.

따라서 접촉 없이 작동할 수 있으므로 홀 센서는 다양한 응용 분야를 찾습니다. 예를 들어 근접, 위치 및 속도 센서로 사용됩니다.

가장 단순한 형태의 홀 센서는 전압을 반환하는 아날로그 변환기로 작동합니다. 따라서 알려진 자기장에서 홀 플레이트까지의 거리를 측정하는 것이 가능합니다. 또한 장치가 디지털 방식으로(켜기/끄기) 스위치로 작동하도록 하는 회로와 결합된 홀 센서를 찾는 것도 일반적입니다. 홀 센서의 또 다른 일반적인 적용은 속도계, 연소 엔진 점화 시스템 또는 잠금 방지 제동 시스템과 같은 샤프트 및 휠의 속도를 측정하는 것입니다.

자동차 애플리케이션은 매우 추운(-40 degC)에서 매우 뜨거운(160 degC)에 이르는 다양한 작동 조건에 직면합니다. 또한 먼지, 먼지, 액체 등으로 인한 높은 진동과 잠재적인 오염에 노출됩니다. 이러한 조건에서도 수년 동안 고장 없이 작동해야 합니다. 홀 센서는 이 넓은 범위에서도 잘 작동해야 합니다.

멜렉시스 솔루션

주변 작동 온도가 최대 160°C이고 낮은 오프셋 및 감도 드리프트를 포함한 우수한 열 안정성과 높은 선형성을 결합한 MLX91377은 EPAS 시스템에서 정확하고 신뢰할 수 있는 토크 감지를 지원하여 기존 및 자율 주행에서 안전한 제어를 가능하게 합니다.

MLX91377은 조향 토크 센서, 가속도, 브레이크 또는 클러치 페달 센서, 절대 선형 위치 센서, 플로트 레벨 센서, 비접촉 전위차계, 소각 위치 센서를 비롯한 다양한 자동차 및 산업용 비접촉 위치 감지 사용 사례를 충족합니다. 및 작은 스트로크 위치 센서.

“MLX91377은 전반적으로 향상된 성능을 제공하여 자동차 토크 감지와 같이 매우 까다로운 안전에 중요한 애플리케이션을 가능하게 합니다. 현재 사용할 수 있는 개발 보드는 없지만 MLX91377은 표준 Melexis 프로그래밍 도구인 PTC-04에서 지원됩니다.”라고 Melexis의 위치 및 속도 센서 글로벌 마케팅 관리자인 Nick Czarnecki가 말했습니다.

그림 1:MLX91377 블록 다이어그램

프로그래밍 가능한 측정 범위 및 다중 포인트 교정은 설계자의 유연성을 향상시키고 다양한 출력 프로토콜을 통해 단일 집적 회로를 여러 애플리케이션에서 사용할 수 있어 재인증 노력과 비용을 줄일 수 있습니다. SPC(Short PWM Code) 프로토콜을 사용하면 트리거 펄스가 감지된 후 측정을 수행하고 전송할 수 있습니다. 이를 통해 최대 2kHz의 MLX91377 센서를 최대 4개까지 동기화할 수 있으므로 높은 정확도를 보장하기 위해 결정적 대기 시간으로 자기 매개변수를 여러 번 동시에 측정할 수 있습니다(그림 1).

“출력 유형에 따라 MLX91377은 프로토콜에 의해 트리거되거나 내부적으로 트리거될 수 있습니다. MLX91377은 두 가지 방법을 모두 제공합니다. SPC 프로토콜을 사용할 때 MLX91377은 제어 마이크로컨트롤러가 트리거 펄스를 수신할 때까지 기다립니다."라고 Nick Czarnecki가 말했습니다.

이어 “펄스가 감지되면 센서는 자기 데이터를 빠르게 획득해 디지털화해 오프셋과 감도 오차를 보정하고 프로그래밍 가능한 룩업 테이블에 따라 선형화한 뒤 디지털 포맷으로 마스터에 전송한다. SENT 형식. 아날로그 출력 모드에서 작동할 때 MLX91377은 자동으로 데이터를 수집하고 SPC 모드에서와 동일한 보상을 수행한 다음 시스템 마이크로컨트롤러가 읽을 수 있도록 아날로그 비율계량 전압을 통해 값을 출력합니다. 두 인터페이스 모두 자동차에서 널리 사용되며 SPC는 더 새롭고 일반적으로 다중 IC 구성에 선호됩니다. SPC의 트리거 가능한 특성은 모든 센서가 동시에 자기장을 획득할 수 있도록 하여 IC 전반의 측정 사이의 시간 지연을 최소화합니다. 응답을 수신하는 시간은 프로토콜 구성에 따라 다르지만 일반적으로 <500us이며 아날로그 출력의 경우 상당히 낮습니다."

그림 2:1.5μs 틱 시간 모드 및 H.2 형식의 SPC 타이밍 그림

SPC 모드에서 MLX91377은 구성된 모드에 관계없이 트리거 펄스가 수신되면 데이터 수집을 시작합니다. 획득한 데이터를 동일한 SENT 프레임으로 보냅니다. 이 기능은 1.5μs 이상의 모든 틱 시간에 사용할 수 있습니다(그림 2 및 3).

그림 3:SPC 표준 마스터-슬레이브 구성

MLX91377은 디지털 모드(SENT 또는 SPC)에서 ASIL-C 기능 안전 수준을 지원하고 아날로그 모드에서 ASIL-B를 지원하여 다이 수준에서 높은 수준의 진단을 제공하고 내부 오류를 감지하고 안전한 상태로 전환할 수 있습니다. 원치 않는 차량 동작을 방지합니다.

다음 과제는 점점 더 중요한 작동 온도가 있는 작동 환경을 보게 될 것입니다. 마찬가지로, 차량 전기화의 증가와 함께 누설 필드에 대한 내성은 기능 안전 요구 사항과 마찬가지로 점점 더 널리 보급될 것입니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 Power Electronics News.