Прецизионные датчики Холла для бюджетных применений.
Линейка продуктов для 5-В и потребительских систем

Интегральная микросхема сенсора Холла содержит элемент Холла, цепь возбуждения, схему компенсации, генератор и выходной транзистор. Цепь возбуждения генерирует ток элемента Холла и активных цепей. Схема компенсации предназначена для стабилизации температурных режимов и снижения влияния технологических отклонений. Активная компенсация ошибок (интегральная технология дробления) подавляет смещения сигнала и влияние на элемент Холла механических воздействий, вызванных процессами формовки, пайки, а также другими термическими стрессами в корпусе элемента.

Принцип дробного измерения при использовании порогового генератора и компаратора обеспечивает высокую точность и температурную стабильность магнитных порогов. На рис. 1 показана структурная схема датчика Холла TLV496x-хТА/В. В отличие от 5-В прибора TLE/TLI496x-xM, вариант TLV имеет защиту от перегрузки по выходному току и от перегрева и может работать от нестабилизированного источника питания. В то время как компоненты TLE496x-хМ сертифицированы для автомобильной техники, микросхемы серии TLI496x-хТ обеспечивают те же характеристики в диапазоне температур –40…+125 °С для промышленных применений.

Рис. 1. Блок-схема датчиков Холла TLV496x-xTA/B. В отличие от 5-В приборов TLE/TLI496x-XM, варианты TLV имеют защиту от перегрузки по току и перегрева и могут работать от нестабилизированного источника питания

Экономичная и энергоэффективная конструкция

Благодаря выпуску новейших продуктов Infineon (TLE/TLI496x-xM и TLV496x-xTA/B, рис. 2 и 3) стоимость системы с датчиком Холла может быть снижена за счет уменьшения числа пассивных компонентов схемы защиты, что позволяет уменьшить занимаемую площадь на печатной плате (PCB). При типовом токе потребления 1,6 мА (1,4 мА у 5-В устройств) на коммутаторы Холла приходится лишь около 50% от потребления подобных изделий. Это делает датчики Infineon хорошим выбором для энергосберегающих систем. Благодаря высокой устойчивости к статическому электричеству и точным, стабильным магнитным порогам переключения, новые экономичные датчики подходят для большинства высокоточных и надежных приложений.

Рис. 2. Семейство прецизионных датчиков Холла TLE/TLI496x-xM в первую очередь ориентировано на малобюджетные 5-В автомобильные и промышленные применения

Рис. 3. Сенсоры TLV496x-xTA/B Hall обеспечивают простоту применения в малобюджетных потребительских системах бесконтактного позиционирования

Благодаря усовершенствованным характеристикам включения, перезагрузки и выключения, а также наличию полного спектра функций защиты применение коммутаторов Холла улучшает качество системы и ее безопасность, расширяет возможности мониторинга. Интегральные коммутаторы Холла обеспечивают заданный, фиксированный выходной сигнал в процессе запуска. Это предотвращает передачу некорректной информации на микроконтроллер и его неверное истолкование (рис. 4). Таким образом, упрощается контроль системы пользователем и повышается ее производительность. Кроме того, благодаря заданной процедуре запуска достигается и определенное поведение при отключении, что позволяет предотвратить неконтролируемый емкостной разряд выходов схемы. Эта особенность также может быть использована во время включения для проверки функционирования датчика.

Рис. 4. Заданное поведение при запуске новых датчиков Холла предотвращает генерацию ложных сигналов и позволяет снизить стоимость схемы управления

Оптимизированные продукты для PCB-систем

Семейство микросхем TLE496x-хM ориентировано на автомобильные применения с рабочим напряжением 3–5,5 В. Это позволяет разрабатывать преобразователи, оптимизированные по цене и параметрам, без необходимости дополнительной защиты от перенапряжения.

Целевыми приложениями для семейства датчиков Холла TLE496x-хM (табл. 1) являются системы, требующие использования прецизионного триггера Холла или коммутатора Холла с расширенным диапазоном рабочих температур –40…+170 °С. Магнитное поведение и порог переключения 2 мT триггера Холла позволяют применять эти устройства, например, в прецизионных полюсных счетчиках и датчиках положения ротора. Коммутаторы Холла с порогом 5/7,5 мТ оптимально подходят для устройств позиционирования, например датчиков открывания/закрывания. К типовым устройствам, которые выиграют от применения новой серии датчиков, можно отнести контроллеры бесколлекторного двигателя постоянного тока (BLDC), силовые автомобильные сервоприводы (например, стеклоподъемников) и детекторы положения, например положения рычага коробки передач.

Отвечая на требования рынка автомобильных приложений, сенсор TLE496x-хМ обеспечивает экономически оптимальное решение с очень низким током потребления (1,4 мА) и высокой степенью защиты от ESD (до 4 кВ НВМ). Применение нового семейства датчиков позволяет разрабатывать энергоэффективные и надежные системы с очень низким процентом производственного брака.

Новые сенсоры TLE496x-хM и TLI496x-хМ доступны в миниатюрном корпусе SOT23. Корпус SOT23 площадью 3,77 мм² на 30% меньше, чем стандартный корпус SC59, при этом они совместимы по выводам, что позволяет использовать существующую топологию печатных плат. Для разработки систем, которые отвечают самым высоким стандартам качества и экологических норм, корпус PG-SOT23 не содержит галогенов, он соответствует требованиям директивы RoHS и квалифицирован по АЕС-Q100.

Типичными областями применения TLI496x-хМ являются бесколлекторные DC-двигатели, используемые в электробайках, вентиляторах охлаждения ПК, сервоприводах для домашней автоматизации, например для управления ставнями, гаражными воротами, а также системы контроля открывания/закрывания в бытовых или домашних системах безопасности.

Основные характеристики сенсоров TLE/TLI496x-XM:

• напряжение питания 3–5,5 В;
• потребление тока 1,4 мА;
• защита от ESD 4 кВ HBM;
• активная компенсация ошибок;
• высокая стабильность магнитных порогов;
• низкий джиттер (типовое значение 0,35 мкс);
• диапазон рабочих температур T_j –40…+170 °C (для TLE496x-xM) и T_a –40…+125 °C (для TLI496x-xM);
• SMD-корпус PG-SOT23 (2,9×1,3×1,0 мм);
• квалификация по AEC-Q100 (только TLE496x-xM).

Применение для потребительской электроники

Развитие потребительских приложений зависит от стоимости компонентов. Для этого сегмента рынка специально разработаны сенсоры Холла TLV496x-хТА/В (табл. 2), обеспечивающие легкое в применении и экономически эффективное решение для бесконтактных датчиков положения. Семейство датчиков Холла TLV496x-хТА/В предназначено для приложений, где требуются точные и экономичные триггеры Холла или коммутаторы Холла (униполярные/биполярные) с диапазоном рабочих температур –40…+125 °С.

Сенсоры TLV496x-хТА/В обеспечивают экономически оптимальное решение с очень низким током потребления (1,6 мА), а также высокую степень защиты от ESD (до 4 кВ НВМ), они имеют защиту от перегрузки по выходному току и от перегрева.

Экономически оптимизированные продукты ориентированы на множество приложений, таких как:

• бесколлекторные двигатели постоянного тока в посудомоечных и стиральных машинах, двигателях компрессоров кондиционеров;
• охлаждающие вентиляторы ПК и серверов;
• сервоприводы домашней автоматизации, например для солнцезащитных жалюзи и гаражных ворот;
• электроинструмент и садовая техника;
• детекторы открывания/закрывания, например в бытовых или домашних системах безопасности.

Компоненты семейства TLV496x-хТА/В работают в диапазоне напряжений 3–26 В от нестабилизированного источника питания. Остальные параметры спецификации схожи с компонентами TLE/TLI496x-XM. Датчики выпускаются в безгалогеновых, соответствующих директиве RoHS и квалифицированных по JESD47 корпусах TO92S-3-1 для устройств хТА (BULK) и TO92S-3-2 для устройств хТB (AMMO, рис. 3).

Стабильная работа

Оба семейства, TLV496x-хТА/В и TLE/TLI496x-хM, расширяют гамму прецизионных датчиков Холла, имея акцент на экономичность. Новые компоненты обеспечивают высокую точность порогов переключения и позволяют работать в диапазоне температур –40…+170 °С (варианты TLE). Чувствительность (пороги переключения) покрывает диапазон от ±1…±7,5 мТ или 7,5 мТ/5 мТ…10 мТ/8,5 мТ. Номинальный ток потребления 1,6 мА/1,4 мА соответствует требованиям энергосберегающих систем.

Новые компоненты обеспечивают высокую чувствительность и стабильность порогов магнитной коммутации, они чрезвычайно устойчивы к механическим воздействиям благодаря интегрированной функции компенсации ошибки. Кроме того, они обладают высокой стойкостью к электростатическим разрядам (ESD).

Коммутаторы Холла имеют интегрированную температурную компенсацию магнитного порога переключения. Порог регулируется в зависимости от температуры, таким образом производится компенсация температурных изменений напряженности поля в магните. Также происходит «дробление» элементов Холла, в результате чего значительно уменьшается смещение порогов переключения и достигается улучшение стабильности.

Новые микросхемы датчиков Холла с интегрированной схемой компенсации обеспечивают стабильную работу в широком диапазоне температур. Активная компенсация ошибок (технология «дробления») уменьшает смещение сигнала при его прохождении и влияние механических напряжений на элемент Холла. Кроме того, коммутаторы Холла также имеют предельно низкий джиттер.

Заключение

Рис. 5. Новые семейства расширяют гамму коммутаторов и триггеров Холла, предлагая широкий спектр магниточувствительных сенсоров для промышленных и потребительских применений (как показано выше), а также и автомобильных систем

Предлагается широкая гамма продуктов (рис. 5). В зависимости от конструкции, требований к габаритам, расположения электронных компонентов и необходимой точности, соответствующий датчик Холла можно выбрать практически для любого приложения. Коммутаторы семейства TLE/TLI496x-xM предназначены для применения в регистраторах положения и счетчиках в широком диапазоне автомобильных (квалифицированы по AEC 100), промышленных и потребительских приложений. Миниатюрный SMD-корпус и большой набор интегрированных функций позволяют разрабатывать экономически эффективные конструкции, оптимизированные для размещения в ограниченном пространстве PCB. Новые 5-В семейства компонентов TLV496x-xTA/TB и TLE/TLI496x-xM предназначены специально для малобюджетных систем. Доступна техническая поддержка в виде оценочных плат, аналоговых адаптерных плат, уникальной программы онлайнового моделирования (рис. 6) и различных рекомендаций по применению. Более подробная информация доступна на сайте www.infineon.com/hall-switches.

Рис. 6. Доступно онлайновое моделирование