DE102016114588A1

DE102016114588A1 - Ein Magnetsensor und eine Integrierte Schaltung

Info

Publication number: DE102016114588A1
Application number: DE102016114588.2A
Authority: DE
Inventors: Hui Min Guo; Shu Zuo LOU; Xiao Ming Chen; Guang Jie CAI; Chun Fai WONG; Yue Li; Chi Ping SUN; Bao Ting Liu; En Hui Wang; Fei Xin; Shing Hin Yeung; Xiu Wen YANG; Li Sheng Liu; Yan Yun CUI; Shu Juan HUANG
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-02-09
Also published as: JP2017090439A; KR20170017841A; BR102016018233A2; JP3211276U; DE202016104335U1; MX2016010278A

Abstract

Die vorliegende Lehre betrifft einen Magnetsensor, der einen Eingangsanschluss, eine Magnetfelderfassungsschaltung, die ein Magneterfassungssignal erzeugt, eine Ausgabesteuerschaltung, die den Betrieb des Magnetsensors steuert, und einen Ausgangsanschluss, umfasst. Die Magnetfelderfassungsschaltung weist ein Magnetsensorelement, das ein externes Magnetfeld erfasst und ein Erfassungssignal auszugeben, ein Signalverarbeitungselement, das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und eine Störung von dem Erfassungssignal zu entfernen, und ein Analog-Digital-Wandler-Element, und die Ausgabesteuerschaltung auf, die den Magnetsensor steuert, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten und einem zweiten Zustand als Antwort auf wenigstens dem Erfassungssignal arbeitet, wobei das Signalverarbeitungselement einen Verstärker und eine Filterschaltung umfasst, und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist größer als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Lehre betrifft ein Gebiet der Schaltungstechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Lehre einen Magnetsensor. Die vorliegende Lehre betrifft ferner einen Treiber für einen Permanentmagnetmotor.
Technischer Hintergrund
Magnetsensoren sind in der modernen Industrie und elektronischen Produkten, um eine Magnetfeldstärke zur Messung von physikalischen Parametern wie beispielsweise Strom, Positionen und Richtungen zu erfassen, weit verbreitet. Der Motor ist ein wichtiger Anwendungsbereich für Magnetsensoren. Der Magnetsensor kann in dem Motor als Läufer-Magnetpol-Positionssensor dienen.
Im Allgemeinen kann der Magnetsensor nur ein Magnetfelderfassungssignal ausgeben. Jedoch ist das Magnetfelderfassungssignal schwach und mit einem Offset des Magnetsensors vermischt; es ist schwierig, ein präzises Magnetfelderfassungssignal zu erhalten.
Darstellung
Die vorliegende Lehre sieht einen Magnetsensor und Anwendungen davon vor. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre umfasst ein Magnetsensor einen Eingangsanschluss, der mit einer externen Stromversorgung zu verbinden ist; eine Magnetfelderfassungsschaltung, die ausgebildet ist, ein Magnetfelderfassungssignal zu erzeugen; eine Ausgabesteuerschaltung, die ausgebildet ist, den Betrieb des Magnetsensors als Antwort zum Magneterfassungssignal zu steuern, und einen Ausgangsanschluss, wobei die Magnetfelderfassungsschaltung ein Magnetsensorelement aufweist, das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, ein Signalverarbeitungselement, das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und Störungen von dem Erfassungssignal zu entfernen, um ein verarbeitetes Erfassungssignal zu erzeugen, und ein Wanderelement, das ausgebildet ist, das verarbeitete Erfassungssignal in das Magneterfassungssignal umzuwandeln, das verwendet wird, den Magnetsensor zu steuern, in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ansprechend auf wenigstens das Magneterfassungssignal zu arbeiten, wobei in dem ersten Zustand ein Laststrom von dem Ausgangsanschluss nach außerhalb des Magnetsensors fließt, und in dem zweiten Zustand ein Laststrom von außerhalb in den Ausgangsanschluss des Magnetsensors fließt, wobei das Signalverarbeitungselement einen Verstärker und eine Filterschaltung umfasst, und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist größer als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Erfassungssignal ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal auf, ist der Verstärker ein Chopper-Verstärker und die Filterschaltung ist ein Tiefpassfilter, wobei das Signalverarbeitungselement einen ersten Chopper-Schalter umfasst, der ausgebildet ist, das Erfassungssignal in das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal entsprechend einer Chopper-Frequenz beziehungsweise einer Basisband-Frequenz zu trennen, wobei der Chopper-Verstärker ausgebildet ist, das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal zu verstärken und das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz beziehungsweise die Basisband-Frequenz zu schalten, und die Filterschaltung ausgebildet ist, das Abweichungssignal auf der Chopper-Frequenz auszufiltern.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Chopper-Verstärker einen ersten Verstärker; und einen zweiten Chopper-Schalter, wobei der erste Verstärker ausgebildet ist, die erste Stufenverstärkung auf dem Abweichungssignal und dem Magnetfeldsignal des ersten Chopper-Schalters zum Erzeugen des verstärkten Abweichungssignals beziehungsweise des verstärkten Magnetfeldsignals durchzuführen, und der zweite Chopper-Schalter ist ausgebildet, das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz beziehungsweise die Basisbandfrequenz zu schalten.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Chopper-Frequenz größer als 100 kHz und/oder die Basisbandfrequenz ist kleiner als 200 Hz.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Chopper-Verstärker ferner einen zweiten Verstärker, der zwischen dem zweiten Chopper-Schalter und der Filterschaltung angeordnet ist, wobei der zweite Verstärker ausgebildet ist, die zweite Stufenverstärkung auf dem verstärkten Abweichungssignal auszuführen, das auf der Chopper-Frequenz geschaltet ist, und dem verstärkten Magnetfeldsignal, das auf der Basisband-Frequenz geschaltet ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers größer als der Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Signalverarbeitungselement ferner eine Abtast-Halte-Schaltung, die zwischen den Chopper-Verstärker und der Filterschaltung geschaltet ist, wobei die Abtast-Halte-Schaltung ausgebildet ist, ein erstes Paar Differenzensignale während einer ersten Hälfte beziehungsweise einer zweiten Hälfte eines Taktzyklus abzutasten und zwei Paare abgetasteter Differenzensignale während eines Taktzyklus auszugeben.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Filterschaltung ferner einen ersten Filter, der ausgebildet ist, ein zweites Paar Differenzensignale zu berechnen, basierend auf den zwei abgetasteten Paaren Differenzensignale.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Filterschaltung ferner einen zweiten Filter, der ausgebildet ist, das zweite Paar Differenzensignale weiter zu verstärken, das Abweichungssignal zu entfernen und ein drittes Paar Differenzensignalen zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Verstärkungsfaktor des ersten Filters kleiner als der Verstärkungsfaktor des zweiten Filters.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Magnetsensor ferner eine Ausgabesteuerschaltung, die ausgebildet ist, den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand basierend auf dem Magneterfassungssignal arbeitet, wobei die Ausgabesteuerschaltung einen ersten Schalter, der mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, um einen ersten Strompfad zu bilden, der dem Laststrom ermöglicht, in einem ersten Zustand von dem Ausgangsanschluss nach außerhalb des Magnetsensors zu fließen; und einen zweiten Schalter umfasst, der mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, um einen zweiten Strompfad zu bilden, der in einem zweiten Zustand dem Laststrom ermöglicht, von außerhalb des Magnetsensors zum Ausgangsanschluss zu fließen, wobei der erste und der zweite Schalter basierend auf dem Magneterfassungssignal arbeiten, um wahlweise den ersten und zweiten Strompfad einzuschalten.
Bei einigen Ausführungsformen ist die externe Stromversorgung eine Wechselstromversorgung, und das Magneterfassungssignal ist ein schaltendes Erfassungssignal, wobei eine Schaltfrequenz des Magneterfassungssignals proportional zu einer Frequenz der Wechselstromversorgung ist oder zweifach der Frequenz der Wechselstromversorgung ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre umfasst eine integrierte Schaltung für einen Magnetsensor einen Eingangsanschluss, der an ein externes Netzteil anzuschließen ist; einen Ausgangsanschluss; und eine Magnetfelderfassungsschaltung, die ausgebildet ist, ein Magneterfassungssignal zu erzeugen und umfasst ein Magnetsensorelement, das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, wobei das Erfassungssignal ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal aufweist, ein Signalverarbeitungselement, das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und Störungen zu entfernen, um ein verarbeitetes Erfassungssignal zu erzeugen, und ein Wandlerelement, das ausgebildet ist, das verarbeitete Erfassungssignal in das Magneterfassungssignal umzuwandeln, das verwendet wird, den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ansprechend auf wenigstens das Magneterfassungssignal zu arbeiten, wobei das Signalverarbeitungselement einen ersten Chopper-Schalter umfasst, der ausgebildet ist, das Erfassungssignal in ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal entsprechend einer Chopper-Frequenz beziehungsweise einer Basisband-Frequenz aufzuteilen; einen Chopper-Verstärker, der ausgebildet ist, das Magnetfeldsignal und das Abweichungssignal getrennt zu verstärken und das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz beziehungsweise die Basisband-Frequenz auf zu schalten, und eine Filterschaltung, die ausgebildet ist, das Abweichungssignal, das auf die Chopper-Frequenz geschaltet wurde, zu entfernen, wobei der Verstärkungsfaktor des Chopper-Verstärkers größer ist als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre umfasst eine Motoranordnung einen Motor, der mit einer externen Stromversorgung gekoppelt ist, die den Wechselstrom für den Motor zur Verfügung stellt; ein Magnetsensor, der ausgebildet ist, ein Magnetfeld, das durch den Motor erzeugt wird, zu erfassen; und einen bidirektionalen Schalter, der ausgebildet ist, den Motor basierend auf einem Betriebszustand des Magnetsensors, der basierend auf dem erfassten Magnetfeld bestimmt wird, zu steuern, wobei der Magnetsensor eine Magnetfelderfassungsschaltung umfasst, die ausgebildet ist, das Magnetfeld zu erfassen und ein Magnetfelderfassungssignal basierend auf dem erfassten Magnetfeld zu erzeugen, und ein Magnetsensorelement, das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, ein Signalverarbeitungselement, das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und eine Störung von dem Erfassungssignal zu entfernen, um ein verarbeitetes Erfassungssignal zu erzeugen, und ein Wandlerelement umfasst, das ausgebildet ist, das verarbeitete Erfassungssignal in das Magneterfassungssignal umzuwandeln, das verwendet wird, um den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ansprechend auf wenigstens das Magneterfassungssignal arbeitet; und eine Ausgabesteuerschaltung, die ausgebildet ist, basierend auf dem Magneterfassungssignal, den Magnetsensor in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand abhängig von wenigstens dem Magneterfassungssignal zu steuern, wobei in dem ersten Zustand ein Strom von außerhalb des Magnetsensors in den Magnetsensor fließt, und in dem zweiten Zustand der Strom von dem Magnetsensor nach außerhalb des Magnetsensors fließt, wobei das Signalverarbeitungselement einen Verstärker und eine Filterschaltung umfasst, und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers größer ist als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Verfahren, Systeme und/oder Programmierungen, die hier beschrieben sind, sind weiter hinsichtlich beispielhafter Ausführungsformen beschrieben. Diese beispielhaften Ausführungsformen sind im Detail im Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nicht beschränkende, beispielhafte Ausführungsformen, in denen gleichnamige Referenznummern ähnliche Strukturen bei mehreren Ansichten der Zeichnungen repräsentieren, und wobei:
1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
2 eine beispielhafte schematische Darstellung des Signalverarbeitungselements 1110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
3A eine beispielhafte schematische Darstellung eines Chopper-Verstärkers 1204 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
3B eine beispielhafte schematische Darstellung eines Chopper-Verstärkers 1204 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
4 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
5 eine beispielhafte schematische Darstellung einer Gleichrichterschaltung 1402 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
6 einen beispielhaften Schaltplan eines Hall-Detektors 1420 und des ersten Chopper-Schalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
7 beispielhafte Signalausgaben gemäß dem Schaltplan von 6 zeigt;
8 einen beispielhaften Schaltplan der Filterschaltung 1428 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
9 einen beispielhaften Schaltplan einer Komparatorschaltung 1430 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
10 eine beispielhafte schematische Darstellung zum Bestimmen der Polarität des Magnetfelds zeigt;
11 eine beispielhafte Signalausgabe in einem Taktzyklus zeigt;
12 einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung 1406 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
13 einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
14 einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre zeigt;
15 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Motors 2500 zeigt, der einen Magnetsensor enthält, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Lehre konstruiert ist; und
16 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Synchronmotors 2600 zeigt, der einen Magnetsensor enthält, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Lehre konstruiert ist.
Detaillierte Beschreibung
Bei der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details anhand von Beispielen dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der betreffenden Lehre zu schaffen. Jedoch sollte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Lehre auch ohne solche Details ausgeführt werden kann. In anderen Beispielen sind gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Systeme, Bauteile und/oder Schaltkreise mit in einem relativ hohen Niveau ohne Detail beschrieben, um unnötiges verdecken von Aspekten der vorliegenden Lehre zu vermeiden.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen können Begriffe nuancierte Bedeutungen haben, die im Kontext jeweils von explizit aufgezeigten Bedeutungen vorgeschlagen oder angedeutet werden können. Ebenso bezieht sich der hier verwendete Ausdruck „Bei einer Ausführungsform/Beispiel” nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform und der hier verwendete Ausdruck „Bei einer weiteren Ausführungsform” bezieht sich nicht notwendigerweise auf eine unterschiedliche Ausführungsform. Es ist beispielsweise beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand Kombinationen von Beispielausführungsformen ganz oder teilweise aufweisen.
Im Allgemeinen kann die Terminologie wenigstens teilweise aufgrund der Verwendung im Kontext verstanden werden. Zum Beispiel weisen Begriffe, wie sie hier verwendet werden wie beispielsweise „und,” „oder,” oder „und/oder” eine Vielzahl von Bedeutungen auf, die wenigstens teilweise von dem Kontext abhängen können, in dem sie verwendet werden. Typischerweise ist beabsichtigt, dass falls „oder” verwendet wird, wie beispielsweise A, B oder C, um eine Liste zu verbinden, A, B und C hier im mit einbeziehenden Sinn verwendet wird, ebenso wie A, B oder C, her im ausschließenden Sinn verwendet wird. Zusätzlich hängt der hier verwendete Begriff „eine oder mehrere” wenigstens teilweise von dem Kontext ab und kann verwendet werden, um eine Besonderheit, eine Struktur, oder Charakteristiken in einem einzelnen Sinn oder Kombinationen von Besonderheiten, Strukturen oder Charakteristiken in einem mehrfachen Sinn zu beschreiben. Ähnlich können beispielsweise Begriffe wie „ein” oder „der” wieder verstanden werden, um eine einzelne Verwendung zu vermitteln oder eine mehrfache Verwendung zu vermitteln, abhängig wenigstens teilweise von dem Kontext. Zusätzlich kann verstanden werden, dass der Begriff „basierend auf” nicht notwendigerweise beabsichtigt ist, eine ausschließende Reihe von Faktoren zu vermitteln, und kann stattdessen die Existenz von zusätzlichen Faktoren, die nicht notwendigerweise ausdrücklich beschrieben sind, wieder abhängig wenigstens teilweise von dem Kontext.
Der Magnetsensor setzt bei der vorliegenden Lehre wenigstens einen gefalteten Kaskaden-Verstärker ein. Der gefaltete Kaskaden-Verstärker kann ein sehr kleines Eingangssignal effizient verstärken, um eine große Verstärkung zu haben. Zusätzlich ist der gefaltete Kaskaden-Verstärker mit exzellenten Frequenzcharakteristiken ausgebildet und ist fähig, Signale zu verarbeiten, die in einem sehr weiten Frequenzbereich ausgedehnt sind. Ferner kann der Magnetsensor in der vorliegenden Lehre direkt ohne den Bedarf von zusätzlicher Analog-Digital-Wandler-Ausrüstung mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sein. Daher unterstützt die vorliegende Lehre die Implementierung des Magnetsensors in verschiedenen Bereichen. Weiter kann die Magnetfelderfassungsschaltung effektiv das erfasste Magnetfeldsignal verstärken, die Spannung regulieren und Störsignale filtern. Daher kann der Magnetsensor ein genaueres Signal im Hinblick auf die Polarität des externen Magnetfelds erzeugen, um den Betrieb des elektrischen Läufers zu steuern.
Zusätzliche neue Merkmale werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt, und zum Teil wird anhand Untersuchung des Folgenden und den gehörigen Zeichnungen für den Fachmann ersichtlich, oder kann durch Herstellung oder Ausführung der Beispiele erlernt werden. Die neuen Besonderheiten der vorliegenden Lehre können durch Übung oder Nutzung von unterschiedlichen Aspekten von Methoden, Instrumenten und Kombinationen, die in den unten diskutierten detaillierten Beispielen dargelegt werden, verwirklicht und erlangt werden. Der Magnetsensor, das Signalverarbeitungsverfahren, das in dem Magnetsensor implementiert ist, und der Motor, der den Magnetsensor und die Signalverarbeitungsverfahren verwendet, die hier untenstehend offenbart sind, können durch Verwenden jeglicher bekannten Schaltungstechnologie, die dem Fachmann bekannt ist, erreicht werden, was nicht auf die integrierte Schaltung und andere Schaltungsimplementierungen beschränkt ist.
1 zeigt einen beispielhaften Schaltplan eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Der Magnetsensor gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Eingangsanschluss 1102, eine Magnetfelderfassungsschaltung 1104 und einen Ausgangsanschluss 1106. Der Eingangsanschluss 1102 ist ausgebildet, sich mit einer externen Stromversorgung zu verbinden und der Magnetfelderfassungsschaltung 1104 Strom zur Verfügung zu stellen. Bei einigen Ausführungsformen ist die externe Stromversorgung eine Gleichstromversorgung. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die externe Stromversorgung eine Wechselstromversorgung. Die Magnetfelderfassungsschaltung 1104 ist ausgebildet, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Magnetfelderfassungssignal zu erzeugen. Das Magnetfelderfassungssignal 1106 wird dann angewendet, den Betriebsstatus des Magnetsensors und des Motors oder einer elektrischen Ausrüstung, die den Magnetsensor verwenden, zu steuern.
Die Magnetfelderfassungsschaltung 1104 kann ein Magnetsensorelement 1108, ein Signalverarbeitungselement 1110 und ein Wandlerelement 1114 umfassen. Das Magnetsensorelement 1108 ist ausgebildet, das externe Magnetfeld wahrzunehmen und ein erstes Erfassungssignal 1120 auszugeben. Das erste Erfassungssignal 1120, das von dem Magnetsensorelement 1108 ausgegeben wird, weist wenigstens ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal auf. Das Magnetfeldsignal bezeichnet ein tatsächliches magnetisches Spannungssignal, das dem externen Magnetfeld zugeordnet ist, das von dem Magnetsensorelement 1108 wahrgenommen wird. Das Abweichungssignal ist ein Vorspannungssignal, das in dem Magnetsensorelement 1108 vererbt wird.
Da das tatsächliche magnetische Spannungssignal durch wenigstens das vererbte Vorspannungssignal beeinträchtigt werden kann, ist das Signalverarbeitungselement 1110 ausgebildet, das empfangene erste Erfassungssignal 1120 zu verstärken, das Störsignal von dem ersten erfassten Signal 1120 zu entfernen, und ein zweites Erfassungssignal 1122 zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Signalverarbeitungselement 1110 wenigstens einen gefalteten Kaskaden-Verstärker 1112 umfassen.
Das Wandlerelement 1114 ist ausgebildet, das zweite Erfassungssignal 1122 in das Magnetfelderfassungssignal umzuwandeln und über den Ausgangsanschluss 1106 das Magnetfelderfassungssignal auszugeben. Bei einigen Ausführungsformen ist das Magnetfelderfassungssignal ein Schalterfassungssignal.
2 zeigt einen beispielhaften Schaltplan des Signalverarbeitungselements 1110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Das Signalverarbeitungselement 1110 gemäß 1 umfasst einen ersten Chopper-Schalter (Z1) 1202 und einen ersten Chopper-Verstärker (IA) 1204. Der erste Chopper-Schalter 1202 ist ausgebildet, das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal zu trennen, die auf einer Basisband-Frequenz beziehungsweise einer Chopper-Frequenz getragen werden. Der erste Chopper-Verstärker 1204 ist ausgebildet, das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal zu verstärken und zur Übertragung das verstärkte Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz beziehungsweise die Basisband-Frequenz zu schalten. Bei einigen Ausführungsformen ist die Chopper-Frequenz größer als 100 kHz und die Basisband-Frequenz ist kleiner als 200 Hz.
Wenn die externe Stromversorgung bei einigen Ausführungsformen eine Wechselstromversorgung ist, ist die Basisband-Frequenz proportional zu der Frequenz der Wechselstromversorgung. Bei einigen Ausführungsformen ist die Basisband-Frequenz die zweifache Frequenz der Wechselstromversorgung.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Signalverarbeitungselement 1110 ferner einen Tiefpassfilter (LPF) 1206 umfassen, der ausgebildet ist, das Abweichungssignal zu entfernen, das über die Chopper-Frequenz übermittelt wird.
Bei einigen Ausführungsformen sind alle Eingänge und Ausgänge des ersten Chopper-Schalters (Z1) 1202, des ersten Chopper-Verstärkers (IA) 1204 und des Tiefpassfilters (LPF) 1206 in einer einzigen Leitung dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass 2 für darstellende Zwecke dient. Es ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Lehre beschränkend ist. Jeder der Eingänge und Ausgänge des ersten Chopper-Schalters (Z1) 1202, des ersten Chopper-Verstärkers (IA) 1204 und des Tiefpassfilters (LPF) 1206 können eines einer mehrere Eingangs-/Ausgangssignale sein. Bei einigen Ausführungsformen weist jeder der Eingänge und Ausgänge des ersten Chopper-Schalters (Z1) 1202, des ersten Chopper-Verstärkers (IA) 1204 und des Tiefpassfilters (LPF) 1206 eines oder mehrere Paare Differenzensignale auf.
3A zeigt einen beispielhaften schematischen Schaltplan eines Chopper-Verstärkers 1204 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Der erste Chopper-Schalter (IA) 1204 in 2 umfasst einen ersten Verstärker (A1) 1302 und einen zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304. Der erste Verstärker (A1) 1302 ist ausgebildet, eine erste Stufenverstärkung des Abweichungssignals und des Magnetfeldsignals von dem ersten Chopper-Schalter (Z1) 1202 auszuführen. Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Verstärker (A2) 1304 implementiert, wenigstens einen gefalteten Kaskaden-Verstärker wie beispielsweise 1112 zu verwenden. Der zweite Chopper-Schalter (Z2) 1304 ist ausgebildet, das verstärkte Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal für die Übertragung auf die Chopper-Frequenz beziehungsweise die Basisbandfrequenz zu schalten.
3B zeigt einen beispielhaften Schaltplan eines Chopper-Verstärkers 1204 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann der erste Chopper-Verstärker (IA) 1204 in 2 zusätzlich zu dem ersten Verstärker (A1) 1302 und dem zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 einen zweiten Verstärker (A2) 1306 umfassen. Der zweite Verstärker (A2) 1306 ist ausgebildet, ferner eine zweite Stufenverstärkung des Abweichungssignals und des Magnetfeldsignals von dem zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 auszuführen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Chopper-Schalter (Z2) 1304 basierend auf einem Einstufenverstärker implementiert.
Es sollte beachtet werden, dass die Verbindungen des ersten Verstärkers (A1) 1302, des zweiten Chopper-Schalters (Z2) 1304 und des zweiten Verstärkers (A2) 1306 in 3B nur für darstellende Zwecke sind. Die vorliegende Lehre beabsichtigt nicht, beschränkend zu sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Verstärker (A2) 1306 zwischen dem ersten Verstärker (A1) 1302 und dem zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 angeordnet sein.
4 zeigt einen beispielhaften Schaltplan eines Magnetsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Der Magnetsensor gemäß der gezeigten Ausführungsform umfasst einen Eingangsanschluss 1408, eine Gleichrichterschaltung 1402, eine Magnetfelderfassungsschaltung 1404, eine Ausgabesteuerschaltung 1406 und einen Ausgangsanschluss 1410. Der Eingangsanschluss 1408 umfasst bei dieser Ausführungsform ein Paar Eingangsanschlüsse 1408A und 1408B, die mit der externen Stromversorgung verbunden sind. Bei einigen Ausführungsformen kann der Eingangsanschluss 1408 mit der externen Stromversorgung in Reihe geschaltet sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Eingangsanschluss 1408 mit der externen Stromversorgung parallelgeschaltet sein.
Die Gleichrichterschaltung 1402 kann basierend auf einer Vollweggleichrichterbrücke und einem Spannungsregulierer (nicht gezeigt) implementiert werden. Eine Vollweggleichrichterbrücke kann ausgebildet sein, ein Wechselstromsignal der Wechselstromversorgung in ein Gleichstromsignal umzuwandeln. Ein Spannungsregler kann ausgebildet sein, das Gleichstromsignal innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs zu regeln. Die Gleichrichterschaltung 1402 übergibt das geregelte Gleichstromsignal an die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 und die Ausgabesteuerschaltung 1406.
Bei dieser dargestellten Ausführungsform umfasst die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 einen Halldetektor 1420, einen ersten Chopper-Schalter 1422, einen ersten Chopper-Verstärker 1424, eine Abtast-Halte-Schaltung 1426, eine Filterschaltung 1428 und eine Komparatorschaltung 1430. Der Halldetektor 1420 verbindet sich mit der Gleichrichterschaltung 1402, um ein Magnetfeldsignal zu erfassen und das erfasste Magnetfeldsignal an den ersten Chopper-Schalter 1422 auszugegeben. Der erste Chopper-Schalter 1422 ist ausgebildet, die gleichen Funktionen wie der erste Chopper-Schalter 1202, der in 2 gezeigt ist, auszuführen. Der erste Chopper-Schalter 1422 gibt ein erstes Paar Differenzensignale {P1, N1} an den ersten Chopper-Verstärker 1422 aus.
Der erste Chopper-Verstärker 1424 kann basierend auf dem, was in 3B gezeigt ist, implementiert sein. Somit umfasst der erste Chopper-Verstärker 1424 einen ersten Verstärker (A1) 1302, einen zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 und einen zweiten Verstärker (A2) 1306. Der erste Verstärker (A1) 1302 führt die erste Stufenverstärkung des empfangenen ersten Paars Differenzensignale {P1, N1} aus. Der zweite Chopper-Schalter (Z2) 1304 ist ausgebildet, das verstärkte Differenzensignal {P1, N1} in einer ersten Hälfte eines Taktzyklus direkt auszugeben und das verstärkte Differenzensignal {P1, N1} zu schalten, um es in einer zweiten Hälfte des Taktzyklus auszugeben. Der zweite Chopper-Schalter (Z2) 1304 gibt ein zweites Paar Differenzensignale {P2, N2} aus. Das zweite Paar Differenzensignal {P2, N2} kann weiter durch den zweiten Verstärker (A2) 1306 verstärkt werden, bevor es an die Abtast-Halte-Schaltung 1426 ausgegeben wird.
Die Abtast-Halte-Schaltung 1426 ist ausgebildet, dass verstärkte zweite Paar Differenzensignale {P2, N2}, das von dem ersten Chopper-Verstärker 1424 in 4 während der ersten Hälfte beziehungsweise der zweiten Hälfte des Taktzyklus ausgegeben wird, abzutasten. Die Ausgaben der Abtast-Halte-Schaltung 1426 umfassen zwei Paare Differenzensignale {P2A, N2A} und {P2B, N2B}, wobei das Paar {P2A, N2A} während der ersten Hälfte des Taktzyklus ausgegeben wird und das Paar {P2B, N2B} während der zweiten Hälfte des Taktzyklus ausgegeben wird.
Die Filterschaltung 1428 ist ausgebildet, das Abweichungssignal von den zwei Paaren Differenzensignale {P2A, N2A} und {P2B, N2B} zu entfernen, und die Differenzensignale {P2A, N2A} und {P2B, N2B} zu verstärken und ein drittes Differenzensignal {P3, N3} an die Komparatorschaltung 1430 auszugeben.
Die Komparatorschaltung 1430 ist ausgebildet, dass dritte Paar Differenzensignale {P3, N3} mit einem Paar Referenzspannungssignale zu vergleichen, und die Polarität des externen Magnetfelds basierend auf den Vergleichsergebnissen zu bestimmen. Die Komparatorschaltung 1430 erzeugt ein Magnetfelderfassungssignal, das die bestimmte Polarität des externen Magnetfelds bezeichnet und das Gleiche an die Ausgabesteuerschaltung 1406 ausgibt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Magnetfelderfassungssignal ein Magnetfelderfassungssignal vom Schaltertyp.
Die Ausgabesteuerschaltung 1406 ist ausgebildet, den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in einem Zustand in Abhängigkeit zu der bestimmten Polarität des externen Magnetfelds arbeitet. Der Magnetsensor kann in einer Mehrzahl an Zuständen arbeiten. Beispielsweise kann ein erster Zustand einem Szenario entsprechen, in dem ein Laststrom über den Ausgangsausschluss 1410 von innerhalb nach außerhalb des Magnetsensors fließt, und ein zweiter Zustand kann einem Szenario entsprechen, in dem ein Laststrom über den Ausgangsanschluss 1410 von außerhalb nach innerhalb des Magnetsensors fließt. Bei einigen Ausführungsformen kann der Magnetsensor in einem dritten Zustand arbeiten, in dem kein Strom durch den Ausgangsanschluss 1410 fließt.
Das tatsächliche magnetische Spannungssignal ist normalerweise sehr klein. Beispielsweise ist es üblicherweise kleiner als 1 Millivolt. Jedoch ist das Abweichungssignal, das durch den Hall-Detektor 1420 erzeugt wird, oft höher, etwa nahezu 10 Millivolt. Die vorliegende Lehre strebt an, das Abweichungssignal zu entfernen und das tatsächliche magnetische Spannungssignal zu verstärken, so dass das tatsächliche magnetische Spannungssignal einem Motor oder einer elektrischen Vorrichtung, die den magnetischen Sensor verwendet, bei einem verarbeitbaren Level zur Verfügung gestellt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen ist die Spannungsversorgung an die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 bei einem Level von ungefähr 2,5 V. Wenn das erfasste Signal, das durch den Hall-Detektor 1420 ausgegeben wird, durch den ersten Chopper-Schalter 1422, den ersten Chopper-Verstärker 1424, die Abtast-Halte-Schaltung 1426 und die Filterschaltung 1428 läuft, kann das erfasste Signal 1000 bis 2000 Mal der ursprünglichen Stärke verstärkt werden, bevorzugt in einem Bereich von beispielsweise 1600 Mal der ursprünglichen Stärke. Dadurch wird das erfasste tatsächliche magnetische Spannungssignal auf etwa die Hälfte des Spannungslevels verstärkt, das an die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 übergeben wird. Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Chopper-Verstärker 1424 ausgebildet, eine Verstärkung größer als die der Filterschaltung 1428 zu erreichen. Beispielsweise kann die durch den ersten Chopper-Verstärker 1424 erreichte Verstärkung 50 sein, wobei die durch die Filterschaltung 1428 erreichte Verstärkung 32 ist.
5 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer Gleichrichterschaltung 1402 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Gemäß der Ausführungsform, die in 5 gezeigt wird, wird eine Vollweggleichrichterbrücke verwendet, um die Gleichrichterschaltung 1402 zu implementieren, die eine erste Diode 1502, eine zweite Diode 1504, eine dritte Diode 1506 und eine vierte Diode 1508 umfasst; und ein Spannungsregler umfasst eine Reglerdiode 1520. Die erste Diode 1502 und die zweite Diode 1504 sind in Reihe geschaltet. Die dritte Diode 1506 und die vierte Diode 1508 sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Die Kathode der ersten Diode 1502 und die Anode der zweiten Diode 1504 sind ausgebildet, mit dem Eingangsanschluss 1408A verbunden zu sein, der die Spannung VAC+ liefert. Die Kathode der dritten Diode 1506 und die Anode der vierten Diode 1508 sind ausgebildet, mit dem Eingangsanschluss 1408B zu verbinden, der die Spannung VAC– liefert. Die Anode der Reglerdiode 1502 ist ausgebildet, sich mit der Anode der ersten Diode 1502 und der dritten Diode 1506 zu verbinden, die ferner mit der Erdung verbunden ist. Die Kathode der Reglerdiode 1520 ist mit der Kathode der zweiten Diode 1504 verbunden und die vierte Diode 1508 ist mit der Spannung VDD verbunden.
6 zeigt einen beispielhaften Schaltplan eines Halldetektors 1420 und den ersten Chopper-Schalter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Gemäß der gezeigten Ausführungsform sind der Halldetektor 1420 und der erste Chopper-Schalter 1422 in 6 in einer einzelnen Schaltung integriert. Der Halldetektor 1420 umfasst eine Halldetektor-Schaltkreis-Leiterplatte mit vier Verbindungsanschlüssen 1602, 1604, 1606 und 1608. Die Verbindungsanschlüsse 1602 und 1606 sind einander gegenüberliegend angeordnet und die Verbindungsanschlüsse 1604 und 1608 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Der erste Chopper-Schalter 1422 umfasst vier Schalter 1610, 1612, 1614, und 1616. Der Schalter 1610 steuert die Verbindungsanschlüsse 1602 und 1608, dass diese abwechselnd mit der Stromversorgung VCC verbunden sind, und der Schalter 1612 steuert die Verbindungsanschlüsse 1604 und 1606, dass diese abwechselnd mit der Erdung verbunden sind. Der Schalter 1614 steuert die Verbindungsanschlüsse 1602 und 1608, dass diese abwechselnd ein Differenzensignal P1 ausgeben, und der Schalter 1616 steuert die Verbindungsanschlüsse, dass diese abwechselnd ein Differenzensignal N1 ausgeben. Bei einigen Ausführungsformen sind der Halldetektor 1420 und der erste Chopper-Schalter 1422 ausgebildet, dass wenn sich einer der Verbindungsanschlüsse 1602 und 1608 mit der Stromversorgung VCC verbindet, der andere der Verbindungsanschlüsse 1602 und 1608 das Differenzensignal P1 ausgibt. Wenn gleichzeitig sich einer der Verbindungsanschlüsse 1604 und 1606 mit der Erdung verbindet, gibt der andere der Verbindungsanschlüsse 1604 und 1606 das Differenzensignal N1 aus. Wen beispielsweise der Verbindungsanschluss 1602 sich mit der Stromversorgung VCC verbindet und der Verbindungsanschluss 1606 sich mit der Erdung verbindet, geben die Verbindungsanschlüsse 1608 und 1604 ein Paar Differenzensignale {P1, N1} aus. Alternativ, wenn sich der Verbindungsanschluss 1608 mit der Stromversorgung VCC verbindet und der Verbindungsanschluss sich mit der Erdung verbindet, geben die Verbindungsanschlüsse 1602 und 1606 das erste Paar Differenzensignale {P1, N1} aus.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Stromversorgung VCC eine konstante Stromversorgung, die durch Durchführung von Spannungsabfall und Regulierung der Ausgabe der Gleichrichterschaltung 1402 erreicht wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die Stromversorgung VCC eine konstante Stromversorgung sein.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst jeder der Schalter 1610, 1612, 1614 und 1616 ein Paar Schalter, die ausgebildet sind, ein Leiter einer hohen Spannung oder Leiter einer niedrigen Spannung zu sein. Jedes eines solchen Paars Schalter kann durch ein Paar komplementärer Taktsignale durch zur Verfügung stellen von zwei Paaren komplementärer Taktsignale für die Schalter 1610, 1612, 1614 beziehungsweise 1616 gesteuert werden. Der Halldetektor 1420 und der erste Chopper-Schalter 1422 können das erste Paar Differenzensignale {P1, N1} erzeugen.
7 zeigt beispielhafte Signalausgaben gemäß dem Schaltplan von 6. Das Signal CK1 bezeichnet ein Taktsignal. Das Signal Vos bezeichnet das Abweichungssignal, das dem Halldetektor 1420 vererbt wird. Im Allgemeinen hängt das Signal Vos von physikalischen Eigenschaften des Halldetektors 1420 ab. Vin und –Vin bezeichnen das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal, das durch den ersten Chopper-Schalter 1422 während der ersten Hälfte beziehungsweise der zweiten Hälfte des Taktsignals CK1 ausgegeben wird. Das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal ist ein ideales Magnetfeldspannungssignal, das dem externen Magnetfeld ohne die Störungen, die durch das Abweichungssignal verursacht werden, zugeordnet ist. Während der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte des Taktsignals CK1, hat das durch den ersten Chopper-Schalter ausgegebene tatsächliche Magnetfeldspannungssignal die gleiche Amplitude und eine entgegengesetzte Polarität. Vout bezeichnet die Ausgabe des ersten Chopper-Schalters 1422, welches das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal Vin oder –Vin ist und durch oder in Verbindung mit dem Abweichungssignal Vos überlagert ist. Der erste Chopper-Schalter 1422 trennt das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal Vin oder –Vin und das Abweichungssignal Vos, und schaltet sie auf eine Chopper-Frequenz beziehungsweise eine Basisbandfrequenz. Bei einigen Ausführungsformen ist die Chopper-Frequenz die Frequenz des Taktsignals CK1 und die Basisbandfrequenz ist die Polarität, die mit der Frequenz des externen Magnetfelds wechselt.
8 zeigt einen beispielhaften Schaltplan der Filterschaltung 1428, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Die Filterschaltung 1428, wie in 4 dargestellt, kann einen ersten Filter (F1) 1802 und einen zweiten Filter (F2) 1804 umfassen. Der erste Filter (F1) 1802 ist ausgebildet, eine erste Stufenaddierung auf jedes der beiden Signalpaare {P2A, P2B} und {N2A, N2B}, die von der Abtast-Halte-Schaltung 1426 ausgegeben werden, anzuwenden. Dies geschieht, um Abweichungssignale zu entfernen. Der erste Filter (F1) 1802 kann weiter ausgebildet sein, nach der ersten Verarbeitung der Stufenaddierung eine erste Stufen-Gewinnverstärkung der Signale auszuführen. Der zweite Filter (F2) 1804 ist ausgebildet, eine zweite Stufenaddierung und/oder eine zweite Stufen-Gewinnverstärkung der Ausgabesignale des ersten Filters (F1) 1802 auszuführen und das dritte Paar Differenzensignale {P3, N3} zu erzeugen. Der Verstärkungsfaktor des Filters (F1) 1802 kann ausgebildet sein, kleiner als der Verstärkungsfaktor des zweiten Filters (F2) 1804 zu sein. Beispielsweise ist der Verstärkungsfaktor des ersten Filters (F1) 1802 4 und der Verstärkungsfaktor des zweiten Filters (F2) 1804 ist 8.
Es sollte beachtet werden, dass oben beschriebene Darstellung der Filterschaltung 1428 für illustrative Zwecke ist. Die vorliegende Lehre beabsichtigt nicht, beschränkend zu sein. Die Filterschaltung 1428 kann mehr oder weniger Filter umfassen als wie in 8 gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen, kann die Filterschaltung 1428 nur einen Filter umfassen. Trotzdem kann in dieser Situation der nur einen Filter mit einem großen Widerstand ausgebildet sein, um einen besseren Verstärkungsfaktor zu erreichen.
9 zeigt einen beispielhaften Schaltplan der Komparatorschaltung 1430 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Die Komparatorschaltung 1430 von 4 kann die gleiche Funktion wie das Analog-Digital-Wandlerelement 1114 von 1 ausführen. Bei dieser Ausführungsform kann die Komparatorschaltung 1430 ein Verzögerungskomparator sein, der einen ersten Komparator (C1) 1902, einen zweiten Komparator (C2) 1904 und eine Logik-Kippschaltung (S) 1906 aufweist. Der Eingang des ersten Komparators (C1) 1902 weist das dritte Paar Differenzensignale {P3, N3} und ein Paar Referenzspannungssignale {Vh, Vl} auf, wobei Vh ein Signal mit hoher Spannung und Vl ein Signal mit niedriger Spannung ist. Der Eingang zu dem zweiten Komparator (C2) 1904 weist das gleiche Paar Signale auf, das in den ersten Komparator (C1) 1902 eingegeben wird, außer dass das Paar Referenzspannungssignale {Vh, Vl} in entgegengesetzter Polarität verbunden ist. Der erste Komparator (C1) 1902 ist ausgebildet, eine Ausgabespannung V1 des Filters 1408, wobei V1 = P3 – N3, und einen Schwellwert mit hoher Spannung Rh, wobei Rh = Vh – Vl, zu berechnen. Der erste Komparator (C1) 1902 vergleicht die Ausgabespannung V1 mit dem Schwellwert mit hoher Spannung Rh. Wenn V1 > Rh, gibt der erste Komparator (C1) 1902 ein Hoch aus und wenn V1 < Rh, gibt der erste Komparator (C1) 1902 ein Tief aus. Der zweite Komparator (C2) 1904 ist ausgebildet, die Ausgabespannung V1 des Filters 1408 mit einem Schwellwert mit niedriger Spannung Rl zu vergleichen, wobei Rl = Vl – Vh. Wenn V1 > Rl, gibt der zweite Komparator (C2) 1904 ein Hoch aus und wenn V1 < Rl, gibt der zweite Komparator (C2) 1904 ein Tief aus. Da Rh größer ist als Rl, wenn V1 > Rh, was bedeutet, dass V1 > Rl, geben sowohl der erste Komparator (C1) 1902 als auch der zweite Komparator (C2) 1904 ein Hoch aus. Wenn V1 < Rl, was bedeutet, dass V1 < Rh ist, geben sowohl der erste Komparator (C1) 1902 als auch der zweite Komparator (C2) 1904 ein Tief aus. Wenn Rl < V1 < Rh, gibt der erste Komparator (C1) 1902 ein Tief aus und der zweite Komparator (C2) 1904 gibt ein Hoch aus. Die Vergleichsergebnisse des ersten Komparators (C1) 1902 und des zweiten Komparators (C2) 1904 werden an die Logik-Kippschaltung (S) 1906 gesendet. Die Logik-Kippschaltung (S) 1906 ist ausgebildet, ein Spannungssignal basierend auf dem Vergleichsergebnis zu erzeugen. Das Spannungssignal wird weiter an die Ausgabesteuerschaltung 1406 gesendet, um den Betriebsstatus des Magnetsensors zu steuern. Details, wie die Logik-Kippschaltung (S) 1906 ein Spannungssignal basierend auf dem Vergleichsergebnis erzeugt, ist unten beschrieben.
10 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung zur Bestimmung der Polarität des Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Wenn die Logik-Kippschaltung (S) 1906 das Vergleichsergebnis des ersten Komparators (C1) 1902 und des zweiten Komparators (C2) 1904 erhält, das anzeigt, dass die Ausgangsspannung der Filterschaltung 1428 V1 größer ist als Rh, erzeugt die Logik-Kippschaltung (S) 1906 ein erstes Signal, das eine Veränderung zu dem Senkenstrom-Zustand anzeigt. Wenn die Logik-Kippschaltung (S) 1906 das Vergleichssignal des ersten Komparators (C1) 1902 und des zweiten Komparators (C2) 1904 empfängt, das anzeigt, dass eine Ausgangsspannung der Filterschaltung 1428 weniger ist als Rl, erzeugt die Logik-Kippschaltung (S) 1906 ein Signal, das eine Veränderung zu dem Quellenstrom-Zustand anzeigt. Wenn die Logik-Kippschaltung (S) 1906 das Vergleichsergebnis des ersten Komparators (C1) 1902 und des zweiten Komparators (C2) 1904 erhält, das anzeigt, dass eine Ausgangsspannung der Filterschaltung 1428 V1 Rl < V1 < Rh erfüllt, erzeugt die Logik-Kippschaltung (S) 1906 ein drittes Signal, das anzeigt, dass keine Änderung des Zustands vorhanden ist. Bei einigen Ausführungsformen zeigt die erste Spannung an, dass das externe Magnetfeld eine erste Polarität aufweist, und die zweite Spannung zeigt an, dass das externe Magnetfeld eine zweite Polarität aufweist.
10 zeigt, dass bei einigen Ausführungsformen, wenn die Magnetfeldstärke des externen Magnetfelds einen Arbeitspunkt Bop erreicht, die Komparatorschaltung 1430 ein erstes Signal erzeugt, während die Magnetfeldstärke des externen Magnetfelds unterhalb eines Freigabepunkts Brp ist, erzeugt die Komparatorschaltung 1430 ein zweites Signal. Wenn die Magnetfeldstärke des externen Magnetfelds zwischen dem Arbeitspunkt Bop und dem Freigabepunkt Brp ist, verbleibt die Komparatorschaltung 1430 bei der Stromausgabe ohne Veränderung.
11 zeigt eine beispielhafte Signalausgabe in einem Taktzyklus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Wie in 11(A) gezeigt, ist das erste Paar Differenzensignale {P1, N1} die Ausgabe des ersten Chopper-Schalters 1422, das zweite Paar Differenzensignale {P2, N2} ist die Ausgabe des ersten Chopper-Verstärkers 1424, und das dritte Paar Differenzensignale {P3, N3} ist die Ausgabe der Filterschaltung 1428. {P1A, N1A} ist ein Paar Differenzensignale, das während der ersten Hälfte des Taktsignals durch den ersten Chopper-Schalter 1422 ausgegeben wird. {P2A, N2A} ist ein Paar Differenzensignale, das während der zweiten Hälfte des Taktsignals durch den ersten Chopper-Verstärker 1424 ausgeben wird.
Wie oben beschrieben, bezeichnet Vout den Ausgang des ersten Chopper-Schalters 1422, welches das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal Vin oder –Vin ist, das von dem Abweichungssignal Vos überlagert ist. Bei einem weiteren Aspekt bezeichnet Vout die Differenz zwischen dem ersten Paar Differenzensignalen {P1, N1}, wobei P1 und N1 die gleiche Amplitude und entgegengesetzte Polarität haben. Daher sind P1A, P1B, N1A und N1B durch folgende Gleichungen bezeichnet:
Wenn der erste Chopper-Verstärker 1424 in 4 die Ausführung, die in 3B dargestellt ist, implementiert, umfasst der erste Chopper-Verstärker 1424 einen ersten Verstärker (A1) 1302, einen zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 und einen zweiten Verstärker (A2) 1306. Das erste Paar Differenzensignale {P1, N1} wird auf die Differenzensignale {P1', N1'} verstärkt, nachdem der erste Verstärker (A1) 1302 durchlaufen ist. (P1', N1'} und ihre jeweiligen Komponenten während der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte des Taktzyklus sind durch folgende Gleichungen Formeln bezeichnet:
„A” bezeichnet den Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers (A1) 1302. Voff bezeichnet das Abweichungssignal, das durch den ersten Verstärker (A1) 1302 ausgegeben wird, welches das Abweichungssignal, das durch den Halldetektor 1420 Vos erzeugt wird, und das Abweichungssignal, das durch den ersten Verstärker (A1) 1302 erzeugt wird, aufweist. Für illustrative Zwecke werden die Koeffizienten A und ½ für die Beschreibung unten vernachlässigt.
Da der zweite Chopper-Schalter (Z2) 1304 direkt das verstärkte Differenzensignal {P1, N1} bei der ersten Hälfte eines Taktzyklus ausgibt und schaltend das verstärkte Differenzensignal {P1, N1} bei der zweiten Hälfte des Taktzyklus ausgibt, umfassen die Ausgaben von dem zweiten Chopper-Schalter (Z2) 1304 zwei Komponenten bei jeder Hälfte des Taktzyklus. Nach dem Durchlaufen der Abtast-Halte-Schaltung 1426 werden die vier Komponenten {P2A, P2B, N2A, N2B} in die Filterschaltung 1428 eingegeben, die durch die folgenden Gleichungen bezeichnet werden.
Das dritte Paar Differenzensignale {P3, N3}, das durch die Filterschaltung 1428 ausgegeben wird, ist durch die folgenden Gleichungen bezeichnet:
Wie in den obigen Gleichungen gezeigt, werden die Abweichungssignale in dem dritten Paar Differenzensignale {P3, N3} durch die Filterschaltung 1428 entfernt. Das dritte Paar Differenzensignale {P3, N3} umfasst daher nur das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal.
11(B) zeigt, dass nach dem ersten Chopper-Schalter (d. h. 1202 in 2), das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal Vin und das Abweichungssignal Voff in eine Chopper-Frequenz von 400 kHz beziehungsweise einer Basisband-Frequenz von 100 Hz aufgeteilt werden, wobei die Chopper-Frequenz die Frequenz des Taktsignals ist. Nach dem zweiten Chopper-Schalter (d. h. 1304 in 3A, 3B) werden das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal Vin und das Abweichungssignal Voff in eine Basisband-Frequenz beziehungsweise die Chopper-Frequenz geschaltet. Dann wird nach der Filterschaltung (d. h. 1206 in 2) das Abweichungssignal Voff ausgefiltert. Wenn der Magnetsensor zum Steuern eines Synchronmotors implementiert ist, kann das externe Magnetfeld ein Permanentmagnetmotorfeld sein, in dem die Polaritätsänderungsfrequenz die zweifache Wechselstromversorgungsfrequenz ist. Falls der Synchronmotor mit dem öffentlichen Stromnetz mit 50 Hz oder 60 Hz vorgesehen wird, ist die Basisband-Frequenz 100 Hz oder 120 Hz. Nach dem Durchlaufen von mehreren Chopper-Schaltern und Verstärkern, werden das tatsächliche Magnetfeldspannungssignal und das Abweichungssignal in eine breiten Frequenzbereich geteilt. Als solcher ist der in der vorliegenden Lehre implementierte Chopper-Verstärker ausgebildet, einen sehr breiten Frequenzbereich aufzunehmen.
12 zeigt einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung 1406 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Die Ausgabesteuerschaltung 1406 umfasst gemäß der dargestellten Ausführung einen ersten Schalter 2202 und einen zweiten Schalter 2204. Der erste Schalter 2202 ist mit dem Ausgangsanschluss 1410 gekoppelt, um einen ersten Strompfad zu bilden, und der zweite Schalter 2204 ist mit dem Ausgangsanschluss 1410 gekoppelt, um einen zweiten Strompfad zu bilden. Der elektrische Strom fließt durch den ersten und den zweiten Strompfad in unterschiedlichen Richtungen. Der erste Schalter 2202 und der zweite Schalter 2204 werden durch das Magneterfassungssignal gesteuert, um wahlweise verbunden zu werden. Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter 2202 ein Transistor und der zweite Schalter 2204 ist entweder eine Diode oder ein Transistor.
Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter 2202 als ein Pass mit niedriger Spannung ausgebildet und der zweite Schalter 2204 ist als ein Pass mit hoher Spannung ausgebildet. Das Steuerende sowohl des ersten Schalters 2202 als auch des zweiten Schalters 2204 sind mit dem Ausgang der Magneterfassungsschaltung 1404 verbunden. Der Ausgang des ersten Schalters 2202 und der Eingang des zweiten Schalters 2204 sind beide mit dem Ausgangsanschluss 1410 verbunden. Der Eingang des ersten Schalters 2202 kann mit dem Ende mit hoher Spannung 2206 verbunden sein, beispielsweise eine Gleichstromquelle oder der Ausgang VDD von der Gleichrichterschaltung 1402, und der Ausgang des zweiten Schalters 2204 kann mit einem Ende mit niedriger Spannung 2208 verbunden sein, beispielsweise eine Erdung. Falls die Ausgabe der Magneterfassungsschaltung 1404 ein niedriges Spannungssignal ist, ist der Schalter 2202 verbunden und der zweite Schalter ist getrennt. Folglich fließt ein Laststrom von dem Ende mit hoher Spannung 2206 in den ersten Schalter 2202 und fließt über den Ausgangsanschluss 1410 heraus. Falls die Ausgabe der Magneterfassungsschaltung 1404 ein Signal mit hoher Spannung ist, ist der zweite Schalter 2204 verbunden und der erste Schalter 2202 ist getrennt. Folglich fließt ein Laststrom aus dem Ausgangsanschluss 1410 in den zweiten Schalter 2204 und fließt über das Ende mit niedriger Spannung 2208 heraus.
13 zeigt einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Ausgabesteuerschaltung 1406 gemäß der gezeigten Ausführung umfasst einen ersten Schalter 2302 und einen zweiten Schalter 2304. Der erste Schalter 2302 ist ausgebildet, ein Pass mit hoher Spannung zu sein, und der zweite Schalter 2304 ist ausgebildet, eine Einwege-Diode zu sein. Das Steuerende des ersten Schalters 2302 und der Kathode des zweiten Schalters 2304 sind beide mit dem Ausgang der Magneterfassungsschaltung 1404 verbunden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Steuerende des ersten Schalters 2302 über einen Widerstand 2308 mit dem Ausgang der Magneterfassungsschaltung 1404 verbunden. Der Eingang des ersten Schalters 2302 kann mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung 1402 verbunden sein (siehe 4). Der Ausgang des ersten Schalters 2302 und die Anode des zweiten Schalters sind beide mit dem Ausgangsanschluss 1410 verbunden. Ähnlich zu der in 12 gezeigten Ausführungsform ist der erste Schalter 2302 mit dem Ausgangsanschluss 1410 gekoppelt, um einen ersten Strompfad zu bilden, und der zweite Schalter 2304 ist mit dem Ausgangsanschluss 1410 gekoppelt, um einen zweiten Strompfad zu bilden. Der elektrische Strom fließt durch den ersten Strompfad und den zweiten Strompfad in unterschiedlichen Richtungen. Falls der Ausgang der Magneterfassungsschaltung 1404 ein Signal mit hoher Spannung ist, ist der erste Schalter 2302 verbunden und der zweite Schalter 2304 ist getrennt. Folglich fließt ein Laststrom von dem Ende mit hoher Spannung 2306 in den ersten Schalter 2302 und fließt über den Ausgangsanschluss 1410 heraus. Falls der Ausgang der Magneterfassungsschaltung 1404 ein Signal mit niedriger Spannung ist, ist der zweite Schalter 2304 verbunden und der erste Schalter 2302 ist getrennt. Folglich fließt ein Laststrom von dem Ausgangsanschluss 1410 in den zweiten Schalter 2304.
14 zeigt einen beispielhaften Schaltplan der Ausgabesteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Lehre. Die Ausgabesteuerschaltung 1406 gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst einen Einwege-Schalter 2402 und einen Widerstand 2404. Der Einwege-Schalter 2402 ist zwischen die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 und den Ausgangsanschluss 1410 geschaltet, um einen ersten Strompfad zu bilden, und der Widerstand 2404 ist zwischen die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 und den Ausgangsanschluss 1410 geschaltet, um einen zweiten Strompfad zu bilden, wobei der elektrische Strom durch den ersten und den zweiten Strompfad in unterschiedlichen Richtungen fließt. Falls die Ausgabe der Magneterfassungsschaltung 1404 ein hohes Spannungssignal ist, ist der Einwege-Schalter 2402 verbunden und der Laststrom fließt von dem Ausgang der Magnetfelderfassungsschaltung 1404 durch den Einwege-Schalter 2402 zu dem Ausgangsanschluss 1410. Falls die Ausgabe der Magneterfassungsschaltung 1404 ein niedriges Spannungssignal ist, ist der Einwege-Schalter 2402 getrennt und ein Laststrom fließt von dem Ausgangsanschluss 1410 durch den Widerstand 2404 zu dem Ausgang der Magnetfelderfassungsschaltung 1404.
Bei der vorliegenden Lehre kann der Magnetsensor direkt mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sein, ohne dass zusätzliche Analog-Digital-Wandler-Ausrüstungen benötigt sind. Daher erleichtert die vorliegende Lehre die Implementierung des Magnetsensors in vielfältigen Bereichen. Ferner kann die Magnetfelderfassungsschaltung effektiv das erfasste Magnetfeldsignal verstärken, die Spannung regeln und Störsignale filtern. Daher kann der Magnetsensor genauere Signale hinsichtlich der Polarität des externen Magnetfelds erzeugen, um den Betrieb des elektrischen Motors zu steuern.
15 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Motors 2500, der einen Magnetsensor, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Lehre konstruiert ist, enthält. Der Motor kann eine Wechselstromversorgung 2502, einen Motor 2504, einen Magnetsensor 2508 und einen bidirektionalen Schalter 2510 umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor 2500 weiter eine Spannungsabfallschaltung 2506, die ausgebildet ist, das Level der Wechselstromversorgung 2502 vor dem zur Verfügung stellen an den Magnetsensor 2508 zu reduzieren, umfassen. Der Ausgang Pout des Magnetsensors 2508 ist elektrisch mit einem Steuerende des bidirektionalen Schalters 2510 verbunden.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Magnetsensor 2508 ausgebildet, einen Treiberstrom an den bidirektionalen Schalter 2510 auszugeben, wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer positiven Halbwelle arbeitet und wenn die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 in dem Magnetsensor 2508 bestimmt, dass das externe Magnetfeld eine erste Polarität aufweist. Bei der Alternative ist die Ausgabesteuerschaltung 1406 in dem Magnetsensor 2508 ausgebildet, den Magnetsensor 2508 zu steuern, dass dieser einen Treiberstrom an den bidirektionalen Schalter 2510 ausgibt, wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer negativen Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 darin bestimmt, dass das externe Magnetfeld eine zweite Polarität entgegengesetzt der ersten Polarität aufweist. Die Ausgabesteuerschaltung 1406 in dem Magnetsensor 2508 ist weiter ausgebildet, den Magnetsensor 2508 zu steuern, dass dieser einen Treiberstrom nicht an den bidirektionalen Schalter 2510 ausgibt, wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer negativen Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 bestimmt, dass das externe Magnetfeld eine zweite Polarität aufweist.
Bei der Ausführungsform, bei welcher der Magnetsensor 2508 eine Gleichrichterschaltung, wie in 5 dargestellt, und eine Ausgabesteuerschaltung wie in 12 dargestellt, verwendet, ist der Eingang des ersten Schalters 2202 von 12 ausgebildet, sich mit dem Spannungsausgang VDD des Vollwegbrückengleichrichters von 5 zu verbinden und der Ausgang des zweiten Schalters 2204 ist ausgebildet, sich mit der Erdung zu verbinden. Wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer positiven Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 eine niedrige Spannung ausgibt, ist der erste Schalter 2202 verbunden und der zweite Schalter ist getrennt, und ein elektrischer Strom fließt in einer Richtung und durchläuft die Wechselstromversorgung 2502, den Motor 2504, VAC+, den Magnetsensor 2508 und den bidirektionalen Schalter 2510. In dem Magnetsensor 2508 fließt ein Strom durch den Spannungsausgang des Vollwegbrückengleichrichters und den ersten Schalter 2202. Bei einigen Ausführungsformen fließt der elektrische Strom vor dem Magnetsensor 2508 durch die Spannungsabfallschaltung 2506. Wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer negativen Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 eine hohe Spannung ausgibt, ist der erste Schalter 2202 getrennt und der zweite Schalter ist verbunden, und ein elektrischer Strom fließt in einer entgegengesetzten Richtung und durchläuft die Wechselstromversorgung 2502, den bidirektionalen Schalter 2510, den Magnetsensor 2508 und den Motor 2504. In dem Magnetsensor 2508 fließt ein elektrischer Strom durch den zweiten Schalter 2204, den Erdungsausgang des Vollwegbrückengleichrichters, der ersten Diode 1502 und VAC+. Wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer positiven Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 eine hohe Spannung ausgibt oder wenn die Wechselstromversorgung 2502 bei einer negativen Halbwelle arbeitet und die Magnetfelderfassungsschaltung 1404 eine niedrige Spannung ausgibt, sind sowohl der erste Schalter 2202 als auch der zweite Schalter 2204 getrennt. Folglich ist kein Treiberstrom vorhanden, der durch Pout des Magnetsensors 2508 fließt.
16 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Synchronmotors 2600, der einen Magnetsensor, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Lehre konstruiert ist, enthält. Der Synchronmotor 2600 umfasst einen Ständer und einen Läufer 2602, der ausgebildet ist, sich relativ zu dem Ständer zu drehen. Der Ständer umfasst einen Ständerkern 2604 und eine Ständerspule 2612, die ausgebildet ist, sich um den Ständerkern 2604 zu wickeln. Der Ständerkern 2604 kann aus einem weichmagnetischem Material wie beispielsweise Eisen, Gusseisen, Elektrostahl, Silizium usw. hergestellt sein. Der Läufer 2602 ist ausgebildet, bei einer konstanten Geschwindigkeit von 60 f/s rpm (d. h. Umdrehungen pro Minute) zu drehen, wenn dieser mit der Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet wird, wobei f die Frequenz der Wechselstromversorgung und p die Polpaarzahl im Läufer 2602 ist.
Der Ständerkern 2604 ist mit einem Paar entgegengesetzter Polbereiche 2608A und 2608B ausgebildet. Jeder der Paare entgegengesetzter Polbereiche (2608A, 2608B) hat eine Polbogenoberfläche, beispielsweise 2610A und 2610B. Die Oberfläche des Läufers 2602 ist der Polbogenoberfläche (2610A, 2610B) entgegengesetzt und bildet dazwischen einen Luftspalt 2606. Bei einigen Ausführungsformen ist der Luftspalt 2606 zwischen dem Läufer 2602 und dem Ständer größtenteils gleichmäßig mit einem sehr kleinen ungleichmäßigen Spaltbereich. Bei einigen Ausführungsformen ist jede der Poloberflächen (2610A, 2610B) weiter mit einer Startnut, beispielsweise 2614, ausgebildet. Die Polbogenoberflächen (2610A, 2610B) sind mit dem Läufer außer in dem Bereich der Startnut konzentrisch. Die Ausbildung der Startnut bildet intern ein ungleichmäßiges Magnetfeld. Weiter stellt die Ausbildung der Startnut sicher, dass wenn der Läufer 2602 statisch ist, eine Durchmesserachse S1 des Läufers 2602 sich zu einem Winkel relativ zu einer zentralen Durchmesserachse S2 der Polbereiche 2608A und 2608B neigt. Solche Ausbildungen lassen den Läufer 2602 jedes Mal, wenn der Motor eingeschaltet wird, ein Startdrehmoment haben. Bei dieser Ausführungsform ist die Durchmesserachse S1 des Läufers 2602 in einer Trennungsgrenze zwischen zwei magnetischen Polen des Läufers 2602, und die Zentral-Durchmesserachse durchläuft im Zentrum die entgegengesetzten Polbereiche 2608A und 2608B. Der Ständer und der Läufer 2602 sind beide mit zwei Magnetpolen ausgebildet.
Die Ausgabesteuerschaltung 1406 gemäß der vorliegenden Lehre steuert den bidirektionalen Schalter 2510, dass dieser zwischen dem Status „verbunden” und „unverbunden” umschaltet, basierend auf der Polarität der Wechselstromversorgung 2502 und der Polarität des externen Magnetfelds, und steuert weiter dem Einschalt-Status der Ständerspule 2612. Als solches kann das durch den Ständer erzeugte Magnetfeld mit der Magnetfeldposition des Läufers 2602 koordiniert werden, um den Läufer anzutreiben, dass dieser in einer einzigen Richtung dreht, und daher sicherstellt, dass der Motor jedes Mal, wenn er eingeschaltet wird, eine konstante Drehrichtung hat.
Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebenen Beispiele für illustrative Zwecke sind. Die vorliegende Lehre beabsichtigt nicht, beschränkend zu sein. Der Ständer und der Läufer 2602 können mit unterschiedlichen Magnetpolen ausgebildet sein, beispielsweise vier oder sechs Magnetpole. Zusätzlich können der Ständer und der Läufer 2602 in Bezug untereinander unterschiedliche Magnetpole haben.
Der Fachmann wird feststellen, dass die vorliegenden Lehren offen für eine Vielzahl an Veränderungen und/oder Weiterentwicklungen sind. Beispielsweise, obwohl oben beschrieben die Implementierung von vielfältigen Bauteilen in Hardware-Anwendungen zum Einsatz kommen kann, kann es ebenso in einer nur softwarebasierten Lösung implementiert werden, beispielsweise eine Installation auf einem bestehenden Server. Zusätzlich können die hier offenbarten Host-Einheiten und Client-Knoten als Firmware, Firmware/Software-Kombination, Firmware/Hardware-Kombination oder Hardware/Firmware/Software-Kombination implementiert werden.
Während das Voranstehende beschrieben hat, was als die besten Arten und/oder weitere Beispiele angesehen wird, ist es verständlich, dass vielfältige Modifizierungen darin gemacht werden können und dass der hierin offenbarte Gegenstand in vielfältigen Formen und Beispielen implementiert werden kann, und dass die Lehren in zahlreichen Anwendungen angewendet werden können, von denen nur einige hier beschrieben sind. Es ist beabsichtigt, durch die folgenden Ansprüche jegliche und alle Anwendungen, Veränderungen und Variationen zu beanspruchen, die in den Bereich der vorliegenden Lehre fallen.

Claims

Magnetsensor, umfassend: einen Eingangsanschluss (1102), der mit einer externen Stromversorgung zu verbinden ist; eine Magnetfelderfassungsschaltung (1104), die ausgebildet ist, ein Magnetfelderfassungssignal zu erzeugen; eine Ausgabesteuerschaltung (1406), die ausgebildet ist, den Betrieb des Magnetsensors als Reaktion auf das Magneterfassungssignal zu steuern; und einen Ausgangsanschluss (1106), wobei die Magnetfelderfassungsschaltung (1104) aufweist: ein Magnetsensorelement (1108), das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, ein Signalverarbeitungselement (1110), das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und Störungen von dem Erfassungssignal zu entfernen, um ein verarbeitetes Erfassungssignal zu erzeugen, und ein Wanderelement (1114), das ausgebildet ist, das verarbeitete Erfassungssignal in das Magneterfassungssignal umzuwandeln, das verwendet wird, den Magnetsensor zu steuern, in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ansprechend auf wenigstens das Magneterfassungssignal zu arbeiten, wobei in dem ersten Zustand ein Laststrom von dem Ausgangsanschluss (1106) nach außerhalb des Magnetsensors fließt, und in dem zweiten Zustand ein Laststrom von außerhalb in den Ausgangsanschluss (1106) des Magnetsensors fließt wobei das Signalverarbeitungselement (1110) einen Verstärker (1204) und eine Filterschaltung (1206) umfasst, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist größer als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung (1206).
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei das Erfassungssignal ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal aufweist, der Verstärker ein Chopper-Verstärker (1204) ist, und die Filterschaltung (1206) ein Tiefpassfilter ist, wobei das Signalverarbeitungselement (1110) umfasst: einen ersten Chopper-Schalter (1202), der ausgebildet ist, das Erfassungssignal in das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal entsprechend einer Chopper-Frequenz beziehungsweise einer Basisband-Frequenz zu trennen, wobei der Chopper-Verstärker (1204) ausgebildet ist, das Abweichungssignal und das Magnetfeldsignal zu verstärken und das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz bzw. die Basisband-Frequenz auf zu schalten, und die Filterschaltung (1206) ausgebildet ist, das Abweichungssignal auf der Chopper-Frequenz auszufiltern.
Magnetsensor nach Anspruch 2, wobei der Chopper-Verstärker einen ersten Verstärker (1302) umfasst; und einen zweiten Chopper-Schalter (1304), wobei der erste Verstärker (1302) ausgebildet ist, erste Stufenverstärkung auf dem Abweichungssignal und dem Magnetfeldsignal des ersten Chopper-Schalters zum Erzeugen des verstärkten Abweichungssignals bzw. des verstärkten Magnetfeldsignals durchzuführen, und der zweite Chopper-Schalter (1304) ausgebildet ist, das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz bzw. die Basisbandfrequenz auf zu schalten.
Magnetsensor nach Anspruch 2, wobei die Chopper-Frequenz größer ist als 100 kHz und/oder die Basisband-Frequenz kleiner als 200 Hz ist.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei der Chopper-Verstärker (1204) ferner einen zweiten Verstärker (1306) umfasst, der zwischen dem zweiten Chopper-Schalter (1304) und der Filterschaltung (1206) angeordnet ist, wobei der zweite Verstärker (1306) ausgebildet ist, zweite Stufenverstärkung auf dem verstärkten Abweichungssignal auszuführen, das auf der Chopper-Frequenz geschaltet ist, und dem verstärkten Magnetfeldsignal, das auf der Basisband-Frequenz geschaltet ist.
Magnetsensor nach Anspruch 5, wobei der Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers (1302) größer ist als der Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers (1306).
Magnetsensor nach Anspruch 2, wobei das Signalverarbeitungselement (1110) ferner eine Abtast-Halte-Schaltung umfasst, die zwischen den Chopper-Verstärker und die Filterschaltung geschaltet ist, wobei die Abtast-Halte-Schaltung (1426) ausgebildet ist, ein erstes Paar Differenzensignale während einer ersten Hälfte bzw. einer zweiten Hälfte eines Taktzyklus abzutasten und zwei Paare abgetasteter Differenzensignale während eines Taktzyklus auszugeben.
Magnetsensor nach Anspruch 6, wobei die Filterschaltung (1206) ferner einen ersten Filter (1802) umfasst, der ausgebildet ist, ein zweites Paar Differenzensignale zu berechnen, basierend auf den zwei abgetasteten Paaren Differenzensignale.
Magnetsensor nach Anspruch 7, wobei die Filterschaltung (1206) ferner einen zweiten Filter (1804) umfasst, der ausgebildet ist, das zweite Paar Differenzensignale weiter zu verstärken, das Abweichungssignal zu entfernen und ein drittes Paar Differenzensignale zu erzeugen.
Magnetsensor nach Anspruch 9, wobei der Verstärkungsfaktor des ersten Filters (1802) kleiner ist als der Verstärkungsfaktor des zweiten Filters (1804).
Magnetsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Ausgabesteuerschaltung (1406), die ausgebildet ist, den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand basierend auf dem Magneterfassungssignal arbeitet, wobei die Ausgabesteuerschaltung (1406) umfasst: einen ersten Schalter (2202), der mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, um einen ersten Strompfad zu bilden, der einem Laststrom ermöglicht, in einem ersten Zustand von dem Ausgangsanschluss nach außerhalb des Magnetsensors zu fließen; und einen zweiten Schalter (2204), der mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, um einen zweiten Strompfad zu bilden, der einem Laststrom ermöglicht, in einem zweiten Zustand von außerhalb des Magnetsensors zum Ausgangsanschluss zu fließen, wobei der erste und der zweite Schalter basierend auf dem Magneterfassungssignal arbeiten, um wahlweise den ersten und zweiten Strompfad einzuschalten.
Magnetsensor nach Anspruch 11, wobei die externe Stromversorgung eine Wechselstromversorgung ist und das Magneterfassungssignal ein Schalterfassungssignal ist, wobei eine Schaltfrequenz der Magneterfassungsschaltung proportional zu einer Frequenz der Wechselstromversorgung ist oder zweifach der Frequenz der Wechselstromversorgung ist.
Integrierte Schaltung für einen Magnetsensor, umfassend: einen Eingangsanschluss (1102), der an ein externes Netzteil anzuschließen ist; einen Ausgangsanschluss (1106); und eine Magnetfelderfassungsschaltung (1104), die ausgebildet ist, ein Magneterfassungssignal zu erzeugen und die umfasst: ein Magnetsensorelement (1108), das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und ein Erfassungssignal auszugeben, wobei das Erfassungssignal ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal aufweist, ein Signalverarbeitungselement (1110), das ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu verstärken und Störungen zu entfernen, um ein verarbeitetes Erfassungssignal zu erzeugen, und ein Wandlerelement (1114), das ausgebildet ist, das verarbeitete Erfassungssignal in das Magneterfassungssignal umzuwandeln, das verwendet wird, den Magnetsensor zu steuern, dass dieser in wenigstens einem von einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand ansprechend auf wenigstens das Magneterfassungssignal arbeitet, wobei das Signalverarbeitungselement (1110) einen ersten Chopper-Schalter (1202), der ausgebildet ist, das Erfassungssignal in ein Magnetfeldsignal und ein Abweichungssignal entsprechend einer Chopper-Frequenz bzw. einer Basisband-Frequenz aufzuteilen; einen Chopper-Verstärker (1204), der ausgebildet ist, das Magnetfeldsignal und das Abweichungssignal getrennt zu verstärken und das verstärkte Abweichungssignal und das verstärkte Magnetfeldsignal auf die Chopper-Frequenz bzw. die Basisband-Frequenz auf zu schalten, und eine Filterschaltung (1206) umfasst, die ausgebildet ist, das Abweichungssignal, das auf die Chopper-Frequenz geschaltet wurde, zu entfernen, wobei der Verstärkungsfaktor des Chopper-Verstärkers (1204) größer ist als der Verstärkungsfaktor der Filterschaltung (1206).
Integrierte Schaltung für einen Magnetsensor nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Gleichrichterschaltung (1402), die mit dem Eingangsanschluss (1102) gekoppelt ist, wobei die Gleichrichterschaltung (1402) der Magnetfelderfassungsschaltung (1104) die Stromversorgung zur Verfügung stellt.
Motoranordnung, umfassend einen Motor, der durch eine externe Stromversorgung gespeist wird, und den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder die Integrierte Schaltung für den Magnetsensor gemäß einem der Ansprüche 13 und 14.