Halleffektsensor Unipolar (TLE4905L)
Autor: Mario Wollschläger
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider
Einleitung
Dieser Artikel ist im Rahmen der Vorlesung Sensortechnik des Studienschwerpunktes SDE im Studiengang Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt entstanden. Gegenstand des Artikels ist der unipolare Halleffektsensor TLE4905L der Firma Infineon aus Warstein.
Technische Daten
Pinbelegung
Der TLE4905 hat drei Anschlüsse, bei der Draufsicht (vergleiche Bild oben) ergibt sich folgende Pinbelegung (Datenblatt S.2[2]):
| Pin | Belegung |
|---|---|
| 1 | Versorgungsspannung |
| 2 | Masse |
| 3 | Ausgang |
Gehäuseform
Der Sensor wird mittels eins PG-SSO-3-2 gehäust. Dabei handelt es sich um ein THT-Gehäuse, welches wie zuvor beschrieben, drei Anschlüsse besitzt. Das Gehäuse ist 4,16 mm breit, 3,29 mm hoch und 1,52 mm dich und besteht aus einem Kunststoff. Die Anschlüsse haben den für THT-Typischen Abstand von 1,27 mm (1/20 Zoll).[2]
Auswahl eines Primärsensors
Der Primärsensor des TLE4905 ist ein Hallelement auf Halbleiterbasis. Mittels dieses Elements kann die Stärke eines Magnetfeldes bestimmt werden. Durch die im Sensor durchgeführte Signalverarbeitung kann mit dem Gesamten Sensor bestimmt werden, ob sich dieser in einem Magnetfeld befindet, oder nicht. Fall sich der Sensor in einem Magnetfeld mit ausreichender Stärke befindet, kann ein Strom in den Pin 3 (Ausgang) fließen. Ist kein Magnetfeld vorhanden oder ist dieses zu schwach, so kann kein Strom fließen.
Signalvorverarbeitung
Wie im Bild rechts zu sehen, wird die Spannung des Hallelementes nicht direkt auf den Ausgang des Sensors geschaltet. Dies hängt vor allem damit zusammen, dass die erzeugte Hallspannung sehr gering ist, wodurch sie für die meisten Microkontroller und andere Schaltungen nicht zu verwenden ist. Daher wird die Spannung des Elements zunächst mittels einer Verstärkerschaltung auf ein einfacher zu verarbeitendes Level gebracht. Im Anschluss wird die resultierende Spannung mit einem Schmitt-Trigger ausgewertet.
Analog-Digital-Umsetzer
Die Analog-Digitalwandlung geschieht beim TLE4905 mittels eines Schmitt-Triggers.
Im vorliegenden Sensor stellt die Verwendung eines Schmitt-Triggers eine einfache Möglichkeit zur Digitalisierung des analogen Wertes da. Die Verwendung ist hier möglich, da nicht die Intensität des Magnetfeldes gemessen werden soll, sondern ob ein Magnetfeld vorhanden ist. Dieser qualitative Nachweis eines Magnetfeldes benötigt im Vergleich zu einer quantitativen Messung nur ein Bit und kann so durch einen Schmitt-Trigger umgesetzt werden.
Weiterhin bietet der Schmitt-Trigger einen großen Vorteil gegenüber einer Auswertung des Wahrheitswertes über eine Logische Schaltung, welche lediglich auf Basis eine Schwellenwertes die Analog-Digitalwandlung. Durch den Schmitt-Trigger kann eine Hysterese eingefügt werden. Das löschen des Logischen Wertes geschieht erst bei geringeren Spannungen als das setzten. Hierdurch kann ein schwanken des Ausgabewertes verhindert werden, wenn die Stärke des Magnetfeldes nah am Schwellwert liegt.
Bussystem
Zur Übertragung der Daten an einen Microcontroller wird kein Bussystem eingesetzt. Der Ausgewertete Wert des Sensors hat einen Informationsgehalt von 1Bit und gibt an, ob das am Elementarsensorvorliegende Magnetfeld eine gewissen Schwellwert überschritten hat oder nach erfolgter Überschreitung ein niedrigerer Schwellwert unterschritten wurde. Vereinfacht gesagt sagt der Rückgabewert des Sensors also aus, ob ein Magnetfeld vorhanden ist. Diese Information kann über den Pegel am Ausgabepin übertragen werden, wenn eine entsprechende Schaltung mit einem Wiederstand gewählt wird. Der jeweilige Wert kann beispielsweise über einen digitalen Eingang eines Microcontrollers eingelesen werden.
Digitale Signalverarbeitung
Welche Verarbeitungsschritte sind notwendig? Welche Filter werden angewendet? Bestimmen Sie Auflösung, Empfindlichkeit und Messunsicherheit des Sensors.
Bewertung der Sensordaten
Welche Fehler treten in welchem Verarbeitungsschritt auf? Stellen Sie die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall dar.
Inbetriebnahme
YouTube-Video
Literatur
- ↑ https://cdn-reichelt.de/bilder/web/artikel_ws/B400/PICTURE_2SS52M.jpg
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Infineon 2007: Uni- and Bipolar Hall IC Switches for Magnetic Field Applications, Online im Internet: https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B400/TLE49X5L.pdf Abruf: 13.12.2020
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