HAL400 / HAL401 – lineare Hall-Sensoren
Die HAL-Schalter der 3xx- und 5xx-Reihe beantworten eine Ja-Nein-Frage: Feld über Schwelle oder nicht. HAL400 und HAL401 beantworten eine andere Frage: Wie stark ist das Feld gerade? Die Ausgangsspannung ist proportional zur magnetischen Flussdichte durch die Hall-Platte.
Aufbau
Beide Typen sind lineare Hall-Effekt-Sensoren in CMOS-Technik. Auf dem Chip sitzen:
- eine temperaturkompensierte Hall-Platte mit gechoppter Offset-Kompensation
- zwei lineare Ausgangsstufen
- Schutzeinrichtungen gegen Überspannung und Verpolung
Die beiden Ausgangsstufen ergeben einen Differenzausgang. Das ist bei Messanwendungen der entscheidende Unterschied zu einem einfachen Spannungsausgang, weil sich Gleichtaktstörungen auf der Leitung so wegrechnen lassen.
Eckdaten HAL400 / HAL401
- linearer Bereich minus 75 bis plus 75 mT (HAL400) beziehungsweise minus 50 bis plus 50 mT (HAL401)
- Versorgungsspannung 4,8 V bis 12 V
- Umgebungstemperatur minus 40 bis plus 150 Grad Celsius
- Schaltende Offset-Kompensation bei 147 kHz
- Überspannungsschutz, Verpolschutz am VDD-Pin
- Gehäuse SOT-89A (SMD)
Die gechoppte Offset-Kompensation
Das technisch interessanteste Merkmal dieser Bausteine ist die Offset-Kompensation bei 147 kHz. Der Sensor schaltet den Messpfad periodisch um und mittelt die Ergebnisse. Der magnetische Offset, der vor allem durch mechanische Verspannung des Gehäuses entsteht, hebt sich dabei heraus.
Das Ergebnis ist ein sehr niedriger magnetischer Offset und, wichtiger, konstante magnetische Kennwerte über Versorgungsspannung und Temperatur. Für genaue Absolutmessungen von Gleichfeldern und niederfrequenten Wechselfeldern ist genau das die Voraussetzung. Ohne diese Kompensation wäre die Genauigkeit an ein Kalibrieren bei Betriebstemperatur gebunden.
Ergänzt wird das durch eine On-Chip-Temperaturkompensation und ein niedriges 1/f-Rauschen.
Anwendungen
Aus der linearen Kennlinie folgen andere Einsatzfelder als bei den Schaltern:
- Magnetfeldmessung als Selbstzweck
- Strommessung, indem das Feld eines stromdurchflossenen Leiters ausgewertet wird
- Erfassung beliebiger mechanischer Bewegungen
- sehr genaue Winkel- und Abstandsmessungen
Das Datenblatt hebt die Robustheit hervor: Der Sensor lässt sich in elektrisch und mechanisch rauen Umgebungen einsetzen. Zusammen mit dem Temperaturbereich bis 150 Grad Celsius und den Schutzeinrichtungen ergibt sich das typische Automotive-Profil.
Grenzen im Blick behalten
Zwei Punkte sollte man beim Einsatz nicht übersehen.
Der Versorgungsbereich ist mit 4,8 bis 12 V enger als bei den Schaltern der 3xx- und 5xx-Reihe, die bis 24 V gehen. Ein Bordnetz mit Spannungsspitzen braucht hier eine Vorstufe.
Und der lineare Bereich ist begrenzt. Jenseits von 75 mT beim HAL400 beziehungsweise 50 mT beim HAL401 verlässt der Sensor die Linearität. Bei der Auslegung einer Strommessung ist das die eigentliche Dimensionierungsaufgabe: Der Abstand zum Leiter bestimmt, ob der Sensor im linearen Bereich bleibt.
Warum es lohnt, sich vor dem Einsatz die genaue Fassung des Datenblatts anzusehen, steht unter Datenblätter richtig lesen.
Einordnung in die HAL-Familie
Der lineare Sensor ist der Sonderfall in einer Familie, die überwiegend aus Schaltern besteht. Zum Vergleich lohnt der Blick auf die differenziellen Schalter HAL300 und HAL320 sowie auf die Zweidraht-Schalter HAL556 und HAL566. Das gemeinsame physikalische Fundament beschreibt der Beitrag zu den Grundlagen des Hall-Effekts.