In der Industrie gibt es zahlreiche Anwendungen, in denen Messgrößen wie Position, Weg, Winkel, Druck, Geschwindigkeit, Füllstand oder Strom bestimmt werden müssen. Eine robuste, präzise und zugleich kostengünstige Möglichkeit, um diese Werte zu bestimmen, sind Magnetfeldsensoren.

Magnetfeldsensoren, die sich den Hall-Effekt zunutze machen, werden hauptsächlich zur Positions-, Weg-, Winkel- oder Strommessung eingesetzt. Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters oder Permanentmagneten erzeugt im Hall-Element des Sensors eine Potentialdifferenz, die wiederum Rückschluss auf die Magnetfeldstärke zulässt. Die Messung erfolgt dabei berührungslos, und es sind präzise Messergebnisse möglich. Dieses Prinzip ermöglicht die Detektion zahlreicher Messgrößen, wie Drehzahl (RPM), Winkel, Rotation, Füllstand, Druck oder Drehmoment.
Das Unternehmen Micronas, Hersteller sensorbasierter Systemlösungen für die Automobil- und Industrieelektronik, fokussiert in seinen Entwicklungen unter anderem CMOS-basierte Hall-Effekt-Sensoren und liefert hochwertige Halbleiterprodukte für unterschiedliche Anwendungen, in denen die präzise Erfassung verschiedener Messgrößen, wie Position, Weg, Winkel, Druck, Geschwindigkeit, Füllstand oder Strom erforderlich ist. Eine Produktgruppe aus dem Hause Micronas ist die HAL-24xy-Familie der programmierbaren Linear-Hall-Sensoren, die auf der aktuellen Halbleiter-Technologie des Unternehmens mit verbesserten Hall-Elementen basiert. Zudem verfügen die Sensoren über eine flexible Ausgangskompensation: Mittels 16 frei programmierbaren Stützstellen lässt sich das Messergebnis linearisieren. Da die HAL-24xy-Hall-Sensoren eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, können bei gleichzeitiger Reduzierung der Systemkosten und des Platzbedarfs kleinere Magnete verwendet oder größere Abstände gemessen werden. Abhängig von der Anordnung und der Platzierung der Magnete können dabei Distanzen bis zum zweifachen der Magnetlänge oder Winkel bis zu 180° mit einer Magnetkonfiguration gemessen werden.
Zur Speicherung aller Sensorparameter beinhalten sämtliche Sensoren dieser Familie einen integrierten nichtflüchtigen Speicher, der bis zu einer Kristalltemperatur von 170 °C arbeitet. Die Genauigkeit der Sensoren basiert auf einem 16-Bit-Signalpfad mit integriertem digitalen Kern, der ein ratiometrisches, analoges 12-Bit-Ausgangssignal liefert. Beim Design dieser Hall-Sensor-Familie wurde die Empfindlichkeit maximiert und die Offset-Drifts über den gesamten Temperaturbereich minimiert. Zudem besteht für Kunden die Möglichkeit, Offset-Temperaturdrifts, die durch ihre Anwendung verursacht werden, mit einem Temperaturkoeffizienten erster Ordnung zu kompensieren. Folglich ist eine hohe Genauigkeit über den gesamten Temperaturbereich möglich und die langfristige Stabilität kritischer Parameter garantiert.

Elektrische Ströme überwachen und regeln
Die Überwachung und Regelung elektrischer Ströme zählen zu den Hauptaufgaben in den Bereichen Industrieelektronik, Energiegewinnung und Haushalt. Die bisher auf dem Markt erhältlichen Lösungen sind meist invasiv oder bereiten in rauen Umgebungen Probleme. Die klassische, widerstandbasierte Technologie, bei der der Strom indirekt über den Spannungsabfall an einem Widerstand (Shunt) gemessen wird, kann zwar hinsichtlich Kosten mit der Hall-Effekt-Messmethode konkurrieren, hat jedoch auch Nachteile. Denn durch den direkten Eingriff in den zu messenden Stromkreis wird das Messergebnis verfälscht. Für ein verwertbares Signal wird ein zusätzlicher Operationsverstärker benötigt, der die Kosten für die Schaltung steigen lässt und den Platzbedarf erhöht. Zusätzlich beeinflussen Operationsverstärker und Rauschunterdrückung den Frequenzgang negativ und verursachen signifikante Phasenverschiebungen und Instabilitäten. Nur eine kontaktlose Messung kann hochpräzise Messergebnisse liefern.
Micronas neuer Strommesswandler CUR 3115 misst Ströme im Bereich von 50 bis 1.500 A mit einem Messfehler von unter einem Prozent. Die Messung kleinerer Ströme wird durch einen zusätzlichen Flusskonzentrator möglich. Die Standard-CMOS-Prozesse, die bei der Fertigung von Hall-Effekt-Stromsensoren zum Einsatz kommen, stellen ein hohes Maß an Funktionalität in kleinen Gehäusen sicher, erhöhen die Leistungsfähigkeit des Sensors und reduzieren die Entwicklungs- und Systemkosten. Die Stromsensoren lassen sich kostengünstig und bei geringem Platzbedarf mit zusätzlichen Funktionen, wie benutzerprogrammierbare Empfindlichkeit, Offset- und Temperaturkompensation, digitale Signalverarbeitung und einem Mikrocontroller ausstatten.

Rotorposition mit Hall-Effekt-Sensoren erfassen
Neben ihrem Hall-Sensor-Portfolio bietet Micronas eine Systemlösung zur Ansteuerung bürstenbehafteter oder bürstenloser Gleichstrom-Motoren an. Die Stromrichtungsänderung im Rotor des BLDC-Motors erfolgt mittels sensorbasierter Sechs-Schritt-Kommutierung. Die Position des Rotors wird dabei von Hall-Effekt-Sensoren der Familien HAL 1xy, HAL 2xy oder HAL 5xy erfasst. Um das System anzusteuern, arbeitet Micronas seit Ende vergangenen Jahres gemeinsam mit dem Unternehmen PM DM an der Entwicklung des Smart Actuator Controllers HVC 2480B. Mit diesem Baustein lässt sich die Anzahl der erforderlichen externen Komponenten auf ein Mindestmaß reduzieren und erlaubt einen kompakten und kostengünstigen Systemaufbau. Mit seinen flexiblen Peripherieanschlüssen eignet sich der HVC 2480B sowohl für die Ansteuerung von Bürstenmotoren als auch von bürstenlosen Motoren. Drei vollständig integrierte Halbbrücken mit einem Maximalstrom von 600 mA bieten die Voraussetzung für ein kompaktes Motorendesign. Für höhere Leistungsanforderungen können die sechs optimierten PWM-Ausgänge des Bausteins für die Ansteuerung von externen Power-Mosfets konfiguriert werden.