Melexis、安全クリティカル自動車システム向けASIL対応ホール効果センサを発表

ホール効果センサは、遭遇する磁場に比例した電圧を生成します。これらのデバイスは、可動部品がなく摩耗しないため長寿命で、耐久性のある近接、位置、速度、電流センサとして重宝されています。

Melexisは、電動パワーアシストステアリング（EPAS）などの安全クリティカルな自動車環境向けに設計された、ASIL対応リニアホール効果IC「MLX91377」を発表しました。Safety Element out of Context（SEooC）として開発され、ISO 26262要件を満たし、AEC-Q100 Grade 0認定を取得しています。

ホール効果センサ

ホール効果は、磁場中で電流が導体または半導体を通過する際に生じる測定可能な横電圧です。ローレンツ力と電気力の釣り合いとして生じるこの電圧を利用して磁場を検出します。

ホール効果センサの設計には、対象物理パラメータに応答する磁気システムと、検出した磁場をホストシステムに適した標準的なアナログまたはデジタル信号に変換する電子インターフェイスの組み合わせが必要です。

非接触で動作するため、ホールセンサは近接、位置決め、速度アプリケーションで広く採用されています。

最も基本的な形では、ホールセンサはアナログトランスデューサとして機能し、磁場強度に応じて変化する電圧を生成し、これがホールプレートまでの距離として解釈されます。また、デジタルオン/オフスイッチや、速度計、点火システム、アンチロックブレーキシステムでの速度指示器として頻繁に構成されます。

自動車アプリケーションでは、-40°C〜160°Cの広い温度範囲での性能発揮が求められ、高振動と粉塵、液体、その他汚染物質による潜在的な汚染に耐える必要があります。ホールセンサはこれらの過酷な条件下で長年にわたり信頼性を維持しなければなりません。

Melexisのソリューション

最大160°Cの動作温度範囲、高リニアリティ、低オフセットと最小感度ドリフトを含む優れた熱安定性により、MLX91377は従来および自律運転モードの両方をサポートするEPASシステム向けに正確で信頼性の高いトルクセンシングを提供します。

MLX91377は、ステアリングトルクセンサ、アクセル/ブレーキ/クラッチペダルセンサ、絶対リニア位置センサ、フロートレベルセンサ、非接触ポテンショメータ、小角度位置センサ、小ストローク位置センサなど、多様な自動車および産業用非接触位置センシングユースケースに対応します。

「MLX91377は全面的に性能を向上させ、自動車トルクセンシングのような要求の厳しい安全クリティカルアプリケーションを可能にします。開発ボードは現在利用できませんが、Melexisの標準プログラミングツールPTC-04でサポートされます」と、Melexisのポジション&スピードセンサグローバルマーケティングマネージャ、Nick Czarnecki氏は説明しています。

図1：MLX91377ブロック図

プログラマブルな測定範囲とマルチポイント校正により設計者に柔軟性を提供し、複数の出力プロトコルにより単一ICで多様なアプリケーションに対応可能。再認定作業とコストを削減します。Short PWM Code（SPC）プロトコルにより、トリガーパルス検出後にデータを送信することで、最大4つのMLX91377センサを2 kHzで同期測定可能。決定論的レイテンシと高精度を保証します（図1）。

「出力タイプにより、MLX91377は外部プロトコルまたは内部でトリガー可能です。SPCプロトコルでは、センサがホストマイクロコントローラからのトリガーパルスを待機し、磁気データを迅速に取得、デジタル化、補正し、プログラマブルルックアップテーブルでリニアライズして、デジタルSENT形式で送信します。アナログモードでは、センサが自律的にデータを取得・補正し、ホストが読み取るためのレシオメトリック電圧を出力。両インターフェイスは自動車で広く使用され、SPCは新しく、一般的にマルチIC構成で好まれます。SPCのトリガー可能な性質により、すべてのセンサが磁場を同時に取得し、IC間の測定遅延を最小化。応答時間は通常500 µs未満、アナログモードではさらに高速です。」

図2：1.5 µsティックタイムモードおよびH.2フォーマットでのSPCタイミング例

SPCモードでは、MLX91377は設定モードに関わらずトリガーパルス受信直後にデータ取得を開始し、同じSENTフレーム内で取得データを送信。この機能は1.5 µs以上の任意のティックタイムで利用可能です（図2、3参照）。

図3：SPC標準マスタースレーブ構成

MLX91377は、デジタルモード（SENTまたはSPC）でASIL-C、アナログモードでASIL-Bの機能安全性を達成。内部障害を検出し、意図しない車両動作を防ぐためセーフステートに移行する包括的なダイレベル診断を提供します。

今後の課題は、ますます要求の厳しい動作温度、車両電動化に伴う漏れ磁場への耐性強化、さらなる機能安全基準の高度化です。

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