Le capteur Hall cible les systèmes automobiles critiques pour la sécurité

Un capteur à effet Hall fait varier sa tension de sortie en réponse à un champ magnétique. Les dispositifs à effet Hall sont utilisés comme capteurs de proximité et pour la détection de positionnement, de vitesse et de courant. Un capteur à effet Hall est une solution durable car aucune pièce mécanique ne s'use avec le temps.

Melexis a annoncé le circuit intégré de capteur à effet Hall linéaire MLX91377 ASIL-ready. L'appareil est destiné à être utilisé dans des systèmes automobiles critiques pour la sécurité tels que la direction assistée électrique (EPAS). Développé en tant qu'élément de sécurité hors contexte (SEooC), le MLX91377 est conforme à la norme ISO 26262 et est qualifié pour AEC Q-100 Grade 0.

Capteurs à effet Hall

L'effet Hall est la tension mesurable à travers un conducteur (ou semi-conducteur) lorsqu'un courant électrique qui le traverse est influencé par un champ magnétique. Dans ces conditions, une tension transversale est générée perpendiculairement au courant appliqué en raison de l'équilibrage des forces de Lorentz (électromagnétiques) et électriques.

La conception de tout dispositif de détection à effet Hall nécessite un système magnétique capable de répondre au paramètre physique détecté via une interface d'entrée électronique. Le capteur à effet Hall détecte le champ magnétique et produit un signal analogique ou numérique convenablement converti en une norme selon les exigences du système électronique.

Comme cela leur permet de fonctionner sans avoir besoin de contact, les capteurs à effet Hall trouvent donc un large éventail d'applications :ils sont utilisés, par exemple, comme capteurs de proximité, de positionnement et de vitesse.

Dans leur forme la plus simple, les capteurs à effet Hall fonctionnent comme des transducteurs analogiques qui renvoient une tension; dans un champ magnétique connu, il est donc possible de mesurer la distance à la plaque de Hall. Il est également fréquent de trouver des capteurs à effet Hall associés à des circuits qui permettent à l'appareil d'agir de manière numérique – on/off – et donc comme un interrupteur. Une autre application typique des capteurs à effet Hall consiste à mesurer la vitesse des arbres et des roues, comme dans les compteurs de vitesse, les systèmes d'allumage des moteurs à combustion ou les systèmes de freinage antiblocage.

Les applications automobiles sont confrontées à une grande variété de conditions de fonctionnement allant de très froid (-40 degC) à très chaud (160 degC). De plus, ils sont soumis à de fortes vibrations et à une contamination potentielle par la saleté, la poussière, les liquides, etc. Même dans ces conditions, ils doivent fonctionner sans défaillance pendant de nombreuses années. Un capteur à effet Hall doit être performant même sur cette large plage.

Solution Melexis

Avec une température de fonctionnement ambiante jusqu'à 160°C et combinant une linéarité élevée avec une excellente stabilité thermique, y compris un faible décalage et une dérive de sensibilité, le MLX91377 prend en charge une détection de couple précise et fiable dans les systèmes EPAS pour permettre un contrôle sûr en conduite conventionnelle et autonome.

Le MLX91377 satisfait une grande variété de cas d'utilisation de détection de position sans contact dans l'automobile et l'industrie, notamment les capteurs de couple de direction, les capteurs d'accélération, de frein ou de pédale d'embrayage, les capteurs de position linéaire absolue, les capteurs de niveau flottant, les potentiomètres sans contact, les capteurs de position à petit angle et capteurs de position de petite course.

« Le MLX91377 apporte des performances améliorées à tous les niveaux pour permettre des applications critiques de sécurité très exigeantes telles que la détection de couple automobile. Actuellement, aucune carte de développement n'est disponible, mais le MLX91377 est pris en charge par l'outil de programmation standard de Melexis, le PTC-04 », a déclaré Nick Czarnecki, directeur marketing mondial, Capteurs de position et de vitesse, chez Melexis.

Figure 1 :schéma fonctionnel MLX91377

La plage de mesure programmable et l'étalonnage multipoint améliorent la flexibilité pour les concepteurs, et la variété des protocoles de sortie permet à un seul circuit intégré d'être utilisé dans plusieurs applications, réduisant ainsi les efforts et les coûts de requalification. Le protocole Short PWM Code (SPC) permet d'effectuer des mesures et de les transmettre après la détection d'une impulsion de déclenchement. Cela permet de synchroniser jusqu'à quatre capteurs MLX91377 jusqu'à 2 kHz, permettant ainsi plusieurs mesures simultanées de paramètres magnétiques avec une latence déterministe pour assurer une grande précision (Figure 1).

« Selon le type de sortie, le MLX91377 peut être déclenché par le protocole ou être déclenché en interne. Le MLX91377 propose les deux méthodes. Lors de l'utilisation du protocole SPC, le MLX91377 attend qu'une impulsion de déclenchement soit reçue par le microcontrôleur de contrôle », a déclaré Nick Czarnecki.

Il a poursuivi :« Lorsque l'impulsion est détectée, le capteur acquiert rapidement les données magnétiques, les numérise et compense les erreurs de décalage et de sensibilité, les linéarise selon une table de consultation programmable, puis les transmet au maître dans un format numérique selon le Format ENVOYÉ. Lorsqu'il fonctionne en mode de sortie analogique, le MLX91377 acquiert les données de manière autonome, effectue la même compensation qu'en mode SPC, puis sort la valeur via une tension ratiométrique analogique que le microcontrôleur du système doit lire. Les deux interfaces sont largement utilisées dans l'automobile, le SPC étant plus récent et généralement préféré pour les configurations multi-IC. La nature déclenchable du SPC permet à tous les capteurs d'acquérir le champ magnétique en même temps, minimisant ainsi le délai entre les mesures sur les circuits intégrés. Le temps de réception de la réponse dépend de la configuration du protocole, mais est généralement <500us et considérablement inférieur pour la sortie analogique. »

Figure 2 :Illustration de la synchronisation SPC en mode tick de 1,5 s et au format H.2

En mode SPC, le MLX91377 démarre l'acquisition des données une fois l'impulsion de déclenchement reçue, quel que soit le mode configuré. Il enverra les données acquises dans la même trame SENT. Cette fonctionnalité est disponible pour tout temps de tick supérieur ou égal à 1,5 s (figure 2 et 3).

Figure 3 : configuration maître-esclave standard SPC

Le MLX91377 prend en charge le niveau de sécurité fonctionnelle ASIL-C en mode numérique (SENT ou SPC) et ASIL-B en mode analogique, offrant un haut niveau de diagnostic au niveau de la puce et est capable de détecter les défauts internes et de se placer dans un état sûr pour empêcher tout comportement indésirable du véhicule.

Les prochains défis verront de plus en plus un environnement d'exploitation avec des températures de fonctionnement de plus en plus critiques. De même, l'immunité aux champs de fuite, avec l'électrification croissante des véhicules, va se généraliser, de même que les exigences de sécurité fonctionnelle.

>> Cet article a été initialement publié le notre site sœur, Power Electronics News.