3D-Magnetfeld-Sensor-Chip

Magnetsensor misst die x-, y- und z-Komponenten gleichzeitig

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Anwendung: Manipulationsschutz von Stromzählern

Herkömmliche Stromzähler sind nicht in der Lage, Manipulationen zu erkennen oder damit umzugehen. Sie messen nämlich die Energie nur auf Basis der Spannung und des Stroms, der zwischen den Ein- und Ausgängen fließt. Bei solchen Stromzählern ist die Manipulation sehr leicht, die Erkennung der Manipulation jedoch schwierig. Moderne Stromzähler können hingegen Manipulationen erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten.

Magnetische Interferenzen sind wahrscheinlich die häufigsten und einfachsten Manipulationsmöglichkeiten. Elektromagnetische Sensoren wie ein Stromwandler (Current Transceiver; CT) sind besonders empfänglich für solche Interferenzen. Wird ein starker Dauermagnet am Gehäuse in der Nähe des CTs angebracht, entsteht ein starkes Magnetfeld, das den Kern schnell sättigt und den Stromsensor unbrauchbar macht. In diesem Fall würde sowohl für den Strom als auch für die Energie ein Wert von Null ausgelesen.

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Der herkömmliche Ansatz zum Schutz gegen Manipulation basiert auf der Implementierung zweier Hall-Sensoren. Dabei wird ein Sensor auf die zugehörige Leiterplatte gelötet und der zweite senkrecht dazu auf einer separaten kleinen Platine (Bild 4). Dieser Ansatz bringt jedoch einige Nachteile mit sich, etwa die komplizierte mechanische Konstruktion, die Kalibrierung und die Einstellung. Zudem sind Stromverbrauch und -kosten sehr hoch.

Aufgrund des 3D-Magnetsensors TLV493D-A1B6 ist keine zusätzliche Leiterplatte notwendig. Das senkt die Systemkomplexität und erhöht die Zuverlässigkeit. Darüber hinaus erfüllt der TLV493D-A1B6 alle anderen Anforderungen für diesen Anwendungsfall: großer Feldbereich, hohe Auflösung, Temperaturmessung, geringe Stromaufnahme, Digitalausgang, keine zusätzlichen Komponenten, ein kleines Gehäuse und niedrige Kosten.

Joysticks und Steuerelemente

Mit seiner präzisen Auflösung von 12 Bit und der hohen Kommunikationsgeschwindigkeit ist der TLV493D-A1B6 ideal für Joystickanwendungen. Die kontaktlose Magnetfelderkennung, die hohe Temperaturstabilität und praktisch keine Alterserscheinungen machen die Entwicklung von neuartigen Joysticks für industrielle Anwendungen (z. B. Mensch-Maschine-Schnittstelle) möglich.

Der hier vorgestellte 3D-Sensor ermöglicht zudem kostengünstige und energieeffiziente Steuerelemente, wie benutzerfreundliche Dreh-/Druckknöpfe in Elektro- oder Haushaltsgeräten. Präzise Winkelmessungen und kleine Systemarchitekturen sorgen für eine neue haptische Anwenderfreundlichkeit.

Evaluierungsplatine und kostenlose Software

Kunden können für ein schnellere Entwicklungszeit eine Evaluierungsplatine online bestellen (www.ehitex.com). Die Evaluierungsplatine namens „3D Magnetic Sensor 2Go“ nutzt einen TLV493D-A1B6-Sensor und den 32-bit-Mikrocontroller XMC1100 von Infineon. Mithilfe des mitgelieferten Magnets und der bereitgestellten Sensor-Software lassen sich schon innerhalb weniger Minuten erste Messungen durchführen. Mit dem Mikrocontroller XMC1100 ist außerdem die kostenlose Entwicklungsplattform DAVE zur Entwicklung eines Sensorsystems verwendbar.

Ausblick auf die Automobilbranche

Der Sensor-Chip TLV493D-A1B6 bietet eine präzise und energieeffiziente 3D-Magnetfelderkennung für verschiedene Anwendungen. Flexible Betriebsmodi ermöglichen dedizierte und skalierbare System-Designs mit einem großen Messbereich für präzise Positionsbestimmungen bei geringster Stromaufnahme.

Entwicklungsmuster des TLV493D-A1B6 gibt es ab Juli 2015; die Serienproduktion ist für Januar 2016 geplant. Um auch Kunden in der Automobilbranche zu bedienen, erfährt der Sensorbaustein eine vollständige AEC-Q100-Qualifizierung. Die Serienproduktion für in der Automobilbranche zugelassene TLE493D-A1B6-Sensoren ist für Mitte 2016 geplant. Der hier vorgestellte Baustein ist der erste eines umfassenden 3D-Magnetsensor-Portfolios. Weitere Versionen von 3D-Magnetsensoren werden in den kommenden Monaten vorgestellt.

* Hannes Birk ist Marketing Manager für 3D-Magnetsensoren bei der Infineon Technologies AG, Neubiberg.

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