HAL556 / HAL566 – Zweidraht-Hall-Schalter
Wer einen Sensor an einer schwer zugänglichen Stelle im Fahrzeug unterbringen muss, zählt Adern. Ein Hall-Schalter mit Spannungsausgang braucht drei: Versorgung, Masse, Signal. HAL556 und HAL566 kommen mit zwei aus, weil sie ihr Signal in den Versorgungsstrom legen.
Aufbau und Betriebsart
Die Bausteine sind Hall-Effekt-Schalter in CMOS-Technik. Auf dem Chip sitzen ein temperaturgeregelter magnetischer Hall-Spannungsgenerator und ein Schmitt-Trigger. Statt eines Spannungsausgangs haben sie einen Stromausgang für den Zweidrahtbetrieb.
Der Schaltzustand ist damit an der Stromaufnahme ablesbar. Ein Messwiderstand in der Versorgungsleitung genügt, um das Signal auszuwerten. Als Nebeneffekt wird ein Leitungsbruch erkennbar: Ein Sensor, der gar keinen Strom mehr zieht, unterscheidet sich eindeutig von einem, der im Low-Zustand steht.
Eckdaten HAL556 / HAL566
- Versorgungsspannung 4 V bis 24 V
- Stromausgang für Zweidrahtanwendung
- Magnetfelder von Gleichfeld bis 10 kHz
- Verpolschutz, Reverse-Strom bis minus 15 V begrenzt
- On-Chip-Temperaturkompensation gegen Verschiebung von Schaltpunkten und Hysterese
- Gehäuse: SOT-89A, SOT-89B, TO-92UA
Temperaturgeführte Vorspannung
Das eigentliche Problem eines Hall-Schalters im Motorraum ist nicht der Sensor, sondern der Magnet. Die Induktion von Permanentmagneten sinkt mit steigender Temperatur. Ein Schalter mit fester Schwelle würde bei Hitze schlicht nicht mehr auslösen.
HAL556 und HAL566 begegnen dem mit einer temperaturabhängigen Vorspannung: Sie erhöht die Versorgungsspannung der Hall-Platten und verschiebt die Schaltpunkte passend zur nachlassenden Induktion. Die Kompensation zielt also nicht auf den Sensor, sondern auf das magnetische System als Ganzes.
Switching-Offset-Kompensation
Magnetischer Offset entsteht durch mechanische Verspannung des Chips im Gehäuse. Kompensiert wird er hier mit dem Switching-Offset-Verfahren:
Ein interner Oszillator erzeugt einen Zweiphasentakt. Am Ende der ersten Phase wird die Hall-Spannung abgetastet. Am Ende der zweiten Phase werden die abgetastete und die momentane Hall-Spannung gemittelt und mit dem aktuellen Schaltpunkt verglichen. Anschließend wechselt der Versorgungsstrom auf den entsprechenden Pegel.
Daraus folgt eine Eigenschaft, die man bei zeitkritischen Anwendungen kennen muss: Zwischen dem Überschreiten der magnetischen Schaltschwelle und dem Umschalten des Stroms vergeht eine variable Zeit zwischen null und 1/fosc. Bei Zündzeitpunktanwendungen ist dieser Jitter Teil des Fehlerbudgets.
Schutzbeschaltung
Für den Einsatz im Bordnetz bringen die Bausteine Schutzeinrichtungen mit. Zusammen mit externen Vorwiderständen klemmen Shunt-Schutzelemente Spannungsspitzen am VDD-Pin. Der Rückwärtsstrom wird durch einen internen Vorwiderstand bis minus 15 V begrenzt.
Die externen Vorwiderstände sind kein optionales Zubehör, sondern Teil des Schutzkonzepts. Wer sie beim Nachbau weglässt, verliert die Spitzenspannungsfestigkeit.
Typische Anwendungen
Die Sensoren wurden für Zündzeitpunktbestimmung, Antiblockiersysteme und Drehzahlerfassung in anspruchsvollen Automotive- und Industrieumgebungen entwickelt. Das entspricht dem Einsatzprofil der differenziellen Schalter HAL300 und HAL320, mit dem Unterschied der Anschlusstechnik und des Auswertungsprinzips.
Die Wahl zwischen beiden Prinzipien hängt weniger vom Sensor ab als von der Magnetanordnung: Differenzielle Schalter brauchen einen Multipolring, der eine räumliche Felddifferenz erzeugt. Zweidraht-Schalter werten das Feld an einer Stelle aus.
Ersatz und Nachbau
Beide Typen sind seit Langem nicht mehr in Serie. Wer heute Ersatz sucht, sollte nicht nach der Bezeichnung suchen, sondern nach den Kennwerten: Versorgungsbereich, Schaltschwellen mit Hysterese, Temperaturbereich, Ausgangsart. Das Vorgehen dafür beschreibt der Beitrag Alte ICs ersetzen; die physikalischen Grundlagen stehen unter Hall-Sensor-Grundlagen.