TDK präsentiert störfeldrobuste ASIL C-fähige Hall-Effekt- Positionssensoren für High-Speed E-Motor-Anwendungen

• TDK erweitert sein innovatives Portfolio störfeldrobuster Sensoren um einen optimierten Sensor für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit geringer Latenzzeit für die Motorpositionserkennung
• Herausragende Winkelgenauigkeit unter sehr schwierigen mechanischen und elektrischen Bedingungen
• Volle Übereinstimmung mit den Richtlinien für Funktionale Sicherheit nach ISO 26262 ASIL C

18. April 2023

Die TDK Corporation stellt die neue Micronas 2D-Hall-Effekt-Sensorfamilie HAL 302x für Positionsmessungen in High-Speed-Anwendungen vor. Sie wurde gemäß ISO 26262 entwickelt, um den Bedarf an Sensoren zur störfeld-robusten Motorpositionserfassung in Automobil- und Industrieanwendungen zu decken. Die 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. Hierfür lässt sich der Sensor problemlos mit dem Micronas embedded Motor-Controller-Portfolio von TDK kombinieren, um eine präzisere und sichere Motoransteuerung zu ermöglichen. Der HAL 3021 eignet sich für anspruchsvolle High-Speed-Anwendungen wie elektrische Servolenkungen, Elektromotoren (E-Achse), elektrische Bremskraftverstärker und elektromechanische Bremsen (EMB).* Muster sind ab sofort verfügbar, der Produktionsstart ist für die erste Hälfte des Jahres 2024 geplant.

Alle HAL 302x-Sensoren können einen vollen 360°-Drehwinkel messen, 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. Dies ermöglicht mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Produktion von Elektromotoren der nächsten Generation, die in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Hinsichtlich Robustheit des Sensors gegenüber statischen und dynamischen mechanischen Ausrichtungsfehlern, wie z.B. außeraxiale Verschiebung, Luftspaltvariation und Verkippung ist der HAL 3021 branchenweit führend. Dies gewährleistet eine äußerst 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 °C bis +170 °C und sind in einem kleinen achtpoligen SOIC8-SMD-Gehäuse erhältlich.

Glossar

• Störfeldkompensation: Moderne Hall-Effekt-Sensoren müssen unempfindlich gegenüber Störfeldern sein, die von E-Motoren oder Stromleitungen in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen (xEV) erzeugt werden

Hauptanwendungsgebiete*

• Kommutierung Bürstenloser Gleichstrom- (BLDC) und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) in einer sicherheitskritischen Umgebung
• Elektrischer Bremskraftverstärker
• Elektromechanische Bremse (EMB)
• Kupplungs- und Getriebeaktuatoren
• Anlasser/Generator-Systeme
• Elektrische Pumpen
• Elektrische Ventile

Haupteigenschaften und -vorteile**

• Berührungslose 360°-High-Speed-Winkelmessung
• Robust gegen magnetische DC- und AC-Störfelder (gemäß ISO 11452-8:2015)
• SEooC ASIL C ready nach ISO 26262:2018 zur Unterstützung von Anwendungen der Funktionalen Sicherheit (Die Sensoren können in sicherheitsrelevante Systeme im Automobil bis ASIL D integriert werden)
• EMV-robuste differenzielle und single-ended SIN/COS-Analogausgangssignale
• On-Chip-Kalibrierfähigkeit und integrierte Sicherheitsüberwachung reduzieren den Aufwand auf Seiten des Steuergeräts
• Weiter kundenprogrammierbarer Magnetfeldbereich zwischen 5 mT und 250 mT zur Anpassung an unterschiedliche mechanische Anforderungen und Magnetfelder
• Betrieb mit einer Versorgungsspannung von 3,0 V bis 5,5 V
• Schnelle Reaktionszeit und hohe Ausgangsbandbreite für Anwendungen mit bis zu 150.000 U/min
• Betrieb von -40 °C bis zu 170 °C Sperrschichttemperatur
• Programmierung über den Ausgangs-Pin des Sensors. Programmierbar auf Modulebene und kein zusätzlicher Programmier-Pin erforderlich
• Überspannungs- und Verpolungsschutz

Kenndaten

* Jegliche Erwähnung unserer Produkte für Zielanwendungen erfolgt ohne Zusage auf Realisierbarkeit. Diese muss auf Systemebene überprüft werden.
** Alle Betriebsparameter müssen für jede Kundenanwendung von technischen Experten des Kunden validiert werden.

Über die TDK Corporation
Die TDK Corporation mit Sitz in Tokio, Japan, ist ein weltweit führender Anbieter elektronischer Lösungen für eine smarte Gesellschaft. Basierend auf seinen umfassenden Materialkompetenzen fördert TDK unter der Devise „Attracting Tomorrow“ an der Spitze der technologischen Evolution den Wandel der Gesellschaft. Das Unternehmen wurde 1935 gegründet, um Ferrite zu vermarkten, die für die Herstellung von elektronischen und magnetischen Produkten Schlüsselmaterialien sind. Das umfassende, innovationsgetriebene Produktsortiment von TDK reicht von passiven Bauteilen wie Keramik-, Aluminium-Elektrolyt- und Folienkondensatoren bis zu magnetischen, Hochfrequenz-, Piezo- und Schutzbauelemente. Das Produktspektrum umfasst außerdem Sensoren und Sensorsysteme, z.B. Temperatur- und Drucksensoren sowie magnetische und MEMS-Sensoren. Außerdem liefert TDK Spannungsversorgungen und Energiekomponenten, Magnetköpfe und mehr. Diese Produkte werden unter den Marken TDK, EPCOS, InvenSense, Micronas, Tronics und TDK-Lambda vertrieben. TDK konzentriert sich auf anspruchsvolle Märkte in den Bereichen der Automotive-, Industrie- und Consumer-Elektronik sowie der Informations- und Kommunikationstechnik. Das Unternehmen verfügt über Entwicklungs- und Fertigungsstandorte sowie Vertriebsniederlassungen in Asien, Europa, Nord- und Südamerika. Im Geschäftsjahr 2022 erzielte TDK einen Umsatz von 15,6 Milliarden USD und beschäftigte rund 117.000 Mitarbeiter weltweit.

Weitere Informationen über die Produkte finden Sie https://www.micronas.tdk.com/de/produkte/direktwinkel-sensoren/hal-30xy.