【应用】无PCB传感器MLX92223霍尔效应锁存IC,满足电动座椅自动调节功能需求

2019-08-03 Melexis
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在汽车应用中舒适度和安全性往往相伴而行。目前,许多汽车制造商为驾驶员和前排乘客提供电动座椅调节功能,有些中档车型中已配置此功能,还有些车型提供后排座椅电动调节功能。这类电气化功能可以显著提升车辆价值,在竞争激烈的市场中带来差异化优势。


电气化水平也大不相同,从仅需单电机的简单前/后调节,到单座椅使用九个或更多电机实现全功能调节都各有特色。虽然‘承重举升’过程由电机完成,但驱动通常仍需手动,这意味着驾驶员/乘客必须按下开关才能启动调节座椅的电机。现在,在越来越多的车辆中驾驶员可以使用自动调节座椅位置功能。不久的将来,汽车将可能使用其他信息进行调节,例如通过视觉系统识别驾驶员面部或其他定义特征。


从消费者的角度来看,从手动调节座椅位置到车辆可以自动将座椅调节至预编程位置这一转变似乎不难实现。然而,工程师发现这种转变会导致反馈链中重要环节的缺失:驾驶员的参与。要实现自动调节座椅位置,必须采用其他反馈形式向控制电机的 ECU 提供位置数据。


使用传感器技术即可实现多种数据获取方式,这些数据通常属于相对或绝对位置数据。市场中传感器种类繁多,很容易对解决方案进行过度设计,不过相对位置数据已逐渐成为更适合的选择。利用简单的传感器对电机轴旋转进行编码即可获取相对位置的数据。每个分辨率数据代表一个相应座椅部件的已知行程距离,例如座椅高度或靠背角度。测量旋转即可获得相对于起点的位置变化;ECU 只需知道原始位置、距离信息和绝对行程。后两个参数将在设计时固定,而“原始”位置将在车辆制造并首次发动时设定,之后,位置参数将在座椅部件每次由驾驶员/乘客手动移动或由 ECU 自动更新。


位置编码

对电机轴的旋转进行编码需要一款可满足一系列要求的传感器。针对汽车应用,该款传感器首先需要符合汽车标准,可以适用于耐受振动和高温等极端环境条件,以及 EMI、常规尖峰和浪涌等极端电气条件中。在特定应用中,该解决方案还需采用紧凑型设计且经济实惠。 


出于可靠性的原因,非接触式解决方案更具优势,因为传感元件不会磨损。目前,霍尔效应是应用最普遍、最成功的非接触式传感技术,应用于所有垂直市场。霍尔效应是指,在垂直于电流的平面中施加磁场后,导体上将产生与该磁场成比例的可测量电势差。 


使用霍尔效应传感器可实现多种级别的集成,相比于诸多关键标准,许多应用对物理空间的要求可能并不高。这意味着传感器可以安装于 PCB 上,同时还可搭载其他任何所需组件,如模数转换器。而要在座椅上定位空间则并非易事,因为这种情况下可用空间极为有限,尤其是在使用多个电机时。


无 PCB 解决方案

在这种情况下,理想的解决方案是在单个封装中集成更多功能,很多霍尔效应传感器均能实现。将所有重要功能集成在同一个封装中可以减少整体设计工作量。如果这种集成符合逻辑,则无需使用 PCB,从而为制造商提供最简单、最紧凑的解决方案。MELEXIS 通过 MLX92223 实现了无 PCB 的解决方案,如图 1 的功能框图所示。

图 1:MLX92223 的功能框图



混合信号 CMOS 平台可以集成霍尔传感元件、电压调节器、数字控制和 EEPROM 非易失性存储器。施密特触发器运算放大器具有模数转换功能,输出数据可作为锁存信号,使 ECU 掌握电机轴上的磁铁极性的变化情况。ECU 可利用以上所有信息计算转数,从而计算出调整的座椅部件相对位置。MLX92223 的独特之处在于可以集成所需的无源元件,包括去耦电容和模拟电阻。


集成至同一封装后,去耦电容更靠近敏感硅元件,更好地避免电噪声影响。电阻元件可以将传感器输出阻抗与 ECU 输入进行匹配,因此必不可少。在其他传感器 IC 中,无源元件通常为外部元件,需要使用 PCB。而 MLX92223 将无源元件完全集成在 TO92-3L 封装中,因此制造商无需使用 PCB,即可将传感器 IC 直接安装在座椅骨架上。这有助于大幅减少所需物料、设计工作量和制造成本,系统组件数量从五个(PCB、传感器、去耦电容、电阻和连接器)减少为一个,还可提高整体可靠性。


MLX92223 是一颗锁存霍尔 IC,可以根据磁通场强度输出方波(图 2)。其核心部分采用先进的偏移消除系统并使用温度系数,能够补偿由温度变化导致的磁场强度变化。MLX92223 能够有效实现这种补偿,制造商在设计中可以使用最具成本效益(通常为铁氧体)的磁体。


图 2:MLX92223 作为锁存器在磁通密度发生变化时的应用


集成模拟电阻采用专为 MLX92223 开发的技术实现。它可以模拟电阻,无需使用外部分立电阻,从而简化制造和测试过程。该模拟电阻的行为与传统分立器件完全相同。


该器件还集成有工作电压为 3.8 V—16 V 的电压调节器,具有反向电压保护功能,因此无需在输入电源上采用二极管。最大工作结温为 165℃,如果结温超过 190℃,热管理功能就会限制电源电流。当结温降至 180℃ 时可恢复正常运行。如果电源电压超过 16.8 V,电流也会受到限制。图 3 显示了 MLX92223 在典型应用中的使用。

图 3:MLX92223的典型应用电路



结论

随着车辆电气化的持续发展,可以期待通过电动座椅调节等功能获得更好的舒适度。此类调节将迅速发展为自动调节,需要传感器在控制反馈回路中承担关键环节的任务。MLX92223 霍尔效应锁存 IC 是业内首款真正的无 PCB 解决方案,旨在满足此类应用的需求,以更少的组件实现更高水平的集成。


Melexis 开发了可与制造商现有生产流程互补的连接解决方案,从而积极支持制造商充分发挥此款无 PCB 设计的各项优势。通过这种方式的密切合作,汽车制造商现在能够显著降低成本并提高整体可靠性。

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本文由宝丁转载自Melexis,原文标题为:无 PCB 传感器提高驾驶舒适应用领域的集成度和可靠性,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

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产品型号
品类
Typical Bop / Brp(mT)
TC(ppm / °C)
Supply Voltage(V)
Output Type
Ioff(mA)
Package&pole active(UA)
Magnetic Polarity
ICAP
ISO26262
MLX92241LUA-AAA-003
2-wire Switch
7.9 / 5.3
-1100
2.7 - 24
Current source
3.3
S
Direct
-
-

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型号- MLX92362,MLX92361,MLX92362LSE-AAA-000-RE,MLX92362LSE-ABA-000-RE,MLX92361LSE-ABC-001-RE

FEBRUARY 2023  - MELEXIS  - 数据手册  - REVISION 2 代理服务 技术支持 批量订货
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型号- MLX92223LUA-AAA,MLX92223LUA-AAA-1XX-BU,MLX92223LUA-AAA-100,MLX92223LUA-AAA-1XX-RE,MLX92223

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MELEXIS(迈来芯)闭锁&开关芯片选型指南

目录- LATCH & SWITCH PACKAGES    Latch and Switch Portfolio   

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