DE4425416C2 - Überwachungsschaltung für einen Hallgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für einen Hallgenerator.

Hallgeneratoren sind magnetfeldabhängige Halblei­ ter, die auf der Ausnutzung des Hall-Effektes be­ ruhen. Beim Hallgenerator wird an zwei gegenüber­ liegenden Seiten eines dünnen Halbleiterplättchens eine Hallspannung abgenommen, wenn es von einem Strom durchflossen und senkrecht zu dem Plättchen von einem Magnetfeld durchsetzt wird. Diese Hall­ spannung ändert sich entsprechend der Richtung und Stärke des Magnetfeldes, sowie dem durchfließenden Strom. Durch das Zusammenwirken von Magnetfeld und Strom entsteht eine Spannung, so daß man von einem Generator sprechen kann. Hallgeneratoren werden auch als Hallelemente, Hall effect transducer oder Hallsensoren bezeichnet.

Hallgeneratoren werden zur Messung von Magnetfeldern und zur Positi­ onserfassung magnetischer Materialien eingesetzt. Als Anwendung ist ins­ besondere die Messung von Längen und Winkeln mittels relativ zum Hallge­ nerator bewegter Permanentmagente zu nennen, wie beispielsweise in der Zeitschrift: Siemens Components 30, Heft 3, 1990, Seiten 91-94 beschrieben.

Insbesondere bei der Anwendung zur Positionserfassung ist es erforderlich, den Hallgenerator auf korrekte Betriebsweise zu überwachen und im Feh­ lerfall ein Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Fehlersignal kann dazu dienen, die Relativbewegung der Objekte, dessen Positionen erfaßt werden sollen zu stoppen, um zu vermeiden, daß die Objekte während des Ausfalls des Hallgenerators unzulässige Positionen einnehmen.

Es sind verschiedene Beschaltungen von Hallgeneratoren bekannt. In der GB 22 76 246 A ist eine Schaltung zur Erkennung von Magnetfeldern be­ schrieben. Ein Komparator vergleicht die anstehende Hallspannung mit einer vorgegebenen Referenzspannung.

Komparatorschaltungen zur Erkennung, ob eine Eingangsspannung im Be­ reich zwischen zwei Vergleichsspannungen oder außerhalb liegt, sind an sich aus dem Buch Tietze, U.; Schenk, Ch.: Halbleiterschaltungstechnik, 9. Auflage; Springer-Verlag, 199(), Seiten 180 bis 192 bekannt.

Eine Komparatorschaltung zur Erkennung von Fehlern eines Sensors ist in der US 48 45 435 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsschaltung für einen Hallgenerator anzugeben, mit der mit einfachen Mitteln ein Ausfall des Hallgenerators sicher erkannt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß ein Defekt des Hall­ generators oder ein Defekt der Leitungen für die Versorgungsspannung, so­ wie der Leitungen zwischen dem Hallgenerator und der Überwachungs­ schaltung eindeutig detektiert werden kann.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Signaldiagramm.

Einer Überwachungsschaltung 1 wird über die Zulei­ tungen 3, 4 die Hallspannung UH eines Hallgenera­ tors 2 zugeführt. Der Hallgenerator 2 ist über die weiteren Zuleitungen 5, 6 an einer Versorgungsspan­ nung UV angeschlossen. Die Hallspannung UH, die ohne Anwesenheit eines Magnetfeldes vom Hallgenera­ tor 2 ausgegeben wird, kann mittels des veränder­ lichen Widerstandes 7 justiert werden. Die Hall­ spannung UH ist die Differenzspannung zwischen den beiden Zuleitungen 3, 4. Diese Differenzspannung ist im Regelfall ohne Anwesenheit eines Magnetfel­ des 0V. Bei Anwesenheit eines Magnetfeldes der einen Richtung steigt die Hallspannung UH, bei An­ wesenheit eines Magnetfeldes der entgegengesetzten Richtung sinkt die Hallspannung UH. Bei handelsüb­ lichen Hallgeneratoren 2 steht ohne Anwesenheit eines Magnetfeldes an jeder der Zuleitungen 3, 4 etwa die halbe Versorgungsspannung UV an. Werden die Spannungen U3, U4 der Zuleitungen jeweils gegen Potential 0V gemessen, so ist ohne Anwesenheit eines Magnetfeldes U3 = U4 = UV/2 = 2,5 V bei UV = 5 V. Diese Spannung ist in Fig. 2 als U0 eingezeichnet.

Steht dem Hallgenerator 2 ein Nordpol eines Magne­ ten gegenüber, so steigt die Hallspannung UH etwa um 100 mV mit U3 = 2,55 V und U4 = 2,45 V. Steht dem Hallgenerator 2 ein Südpol gegenüber, so sinkt die Hallspannung UH etwa um 100 mV mit U3 = 2,45 V und U4 = 2,55 V. Im in Fig. 2 gezeigten Signaldiagramm sind diese Zustände in den Bereichen t1 und t2 dar­ gestellt. Die im Normalbetrieb auftretenden maxi­ malen und minimalen Spannungen an den Leitungen 3, 4 sind mit UN und US bezeichnet.

Die Überwachungsschaltung 1 gewährleistet, daß die detektierten Spannungen U3, U4 bei einem Defekt des Hallgenerators 2, sowie bei einem Defekt der Zulei­ tungen 3, 4, 5, 6 den Wert UN überschreiten bzw. den Wert US unterschreiten. Hierzu ist der Hallge­ nerator 2 mittels der Zuleitungen 3, 4 an der Über­ wachungsschaltung 1 angeschlossen. Jede der Zu­ leitungen 3, 4 wird einem Komparator 8, 9 zuge­ führt. Die Zuleitung 3, welche an den einen Ausgang des Hallgenerators 2 angeschlossen ist, liegt über einen hohen Vorwiderstand 10 an einer Vorspannung UP1 = 6V. Ebenso liegt die mit dem anderen Ausgang des Hallgenerators 2 verbundene Zuleitung 4 über einen hohen Vorwiderstand 11 an einem Bezugspoten­ tial UP2 = 0V.

Die Komparatoren 8, 9 vergleichen die an ihnen an einem Eingang anstehende Spannung U3, U4 mit Ver­ gleichsspannungen U1, U2. Die Vergleichsspannungen U1, U2 begrenzen einen Spannungsbereich, in dem gewährleistet ist, daß der Hallgenerator 2 ord­ nungsgemäß arbeitet und angeschlossen ist. Jeder der Komparatoren 8, 9 liefert am Ausgang ein lo­ gisches Binärsignal 0, wenn die Spannung U3 bzw. U2 am invertierenden (-) Eingang größer ist als die Spannung U1 bzw. U4 am nichtinvertierten (+) Ein­ gang. Entsprechend ist das Ausgangssignal 1, wenn die Spannung U3 bzw. U2 am invertierenden Eingang (-) kleiner ist als die Spannung U1 bzw. U4 am nichtinvertierenden (+) Eingang.

Am invertierenden Eingang (-) des einen Komparators 8 liegt die eine Ausgangsleitung 3 des Hallgenera­ tors 2, sowie die Vorspannung UP1 an. Die Ver­ gleichsspannung U1 = 2,7 V steht am nichtinver­ tierenden (+) Eingang des Komparators 8 an. Analog dazu liegt am nichtinvertierenden (+) Eingang des weiteren Komparators 9 die andere Ausgangsleitung 4 des Hallgenerators 2, sowie das Bezugspotential UP2 an. Die Vergleichsspannung U2 = 2,3 V steht am invertierenden Eingang (-) des Komparators 9 an. Die Ausgänge beider Komparatoren 8, 9 sind zusam­ mengeschaltet, wobei die Ausgangsleitung 13 eben­ falls über einen Widerstand 12 an der Vorspannung UP1 liegt. Tritt nun in der Zuleitung 3 oder 6 ein Defekt z. B. durch Leitungsbruch auf, so steigt die von der Überwachungsschaltung 1 detektierte Span­ nung U3 auf etwa UP1 = 6V an. Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Bereich t3 dargestellt. Die Ursache hierfür ist die definierte Vorspannung UP1 am Vor­ widerstand 10 der Überwachungsschaltung 1, der auch als "pull-up"-Widerstand bezeichnet wird. Die von der Überwachungsschaltung 1 detektierte Spannung U4 sinkt auf etwa UP2 = 0V, wenn die Zuleitung 4 oder 5 zerstört ist. Dieser Zustand des Signalabfalles auf den definiert vorgegebenen Wert des Bezugspo­ tentials UP2 ist in Fig. 2 im Bereich t4 darge­ stellt. Bei einem Defekt des Hallgenerators 2 sinkt oder steigt die Spannung U3 oder U4 ebenfalls auf UP1 oder UP2.

Zur Ausgabe eines Fehlersignales auf der Leitung 13 werden die detektierten Spannung U3, U4 mit den Vergleichsspannungen U1, U2 verglichen. Ein Fehler­ signal (Binärsignal 0) wird abgegeben, wenn die Spannung U3 die Vergleichsspannung U1 überschreitet oder wenn die Spannung U4 die Vergleichsspannung U2 unterschreitet. Wenn die Spannungen U3, U4 inner­ halb des von den beiden Vergleichsspannungen U1, U2 begrenzten Fensters liegen, wird das Binärsignal 1 abgegeben, was die korrekte Betriebsweise des Hall­ generators 2 anzeigt.

Die Vorspannung UP1 und das Bezugspotential UP2 werden von UV abgeleitet oder werden von ausfall­ sicheren Spannungsversorgungen erzeugt.

Die Überwachungsschaltung 1 wird vorzugsweise bei Längen- und Winkelmeßeinrichtungen eingesetzt, bei denen Grenzlagenschalter - bestehend aus einem Mag­ neten und einem Hallgenerator - vorgesehen sind.

Claims (4)

1. Hallgenerator mit einer Überwachungsschaltung, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Ausgangsleitungen (3, 4) des Hallgenerators (2) an die Überwachungsschaltung (1) angeschlossen sind, wobei jede der an den beiden Ausgangsleitungen (3, 4) anstehenden Spannungen (U3, U4) mittels eines Komparators (8, 9) mit einer Vergleichsspannung (U1, U2) verglichen wird und die beiden Vergleichsspannungen (U1, U2) einen Spannungsbereich (U2 bis U1) begrenzen, welcher den fehlerfreien Ar­ beitsbereich des Hallgenerators (2) definiert, daß weiterhin an jede der Ausgangsleitungen (3, 4) eine Vorspannung (UP1, UP2) angeschlossen ist, die außerhalb des durch die Vergleichsspannungen (U1, U2) vorgegebenen Spannungsbereiches (U2 bis U1) liegt, wobei zumindest eine dieser Vorspannungen (U1, U2) bei fehlerhaftem Betrieb des Hall­ generators (2) wirksam wird und über eine der Ausgangsleitungen (3, 4) an einem der Komparatoren (8, 9) ansteht, wodurch am Ausgang (13) der Überwachungsschaltung (1) ein Fehlersignal erzeugt wird.

2. Hallgenerator mit einer Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (1) zwei Kom­ paratoren (8, 9) enthält, wobei an einem Eingang des ersten Kompara­ tors (8) die erste Ausgangsleitung (3) des Hallgenerators (2), sowie die Vorspannung (UP1) und am anderen Eingang die Vergleichsspannung (U1) anliegt, daß weiterhin an einem Eingang des zweiten Komparators (9) die zweite Ausgangsleitung (4) des Hallgenerators (2), sowie ein Be­ zugspotential (UP2) als Vorspannung und am anderen Eingang die weitere Vergleichsspannung (U2) anliegt.

3. Hallgenerator mit einer Überwachungsschaltung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgene­ rator ein an einer Grenzlage einer Maßverkörperung und/oder eines Trägers einer Maßverkörperung einer Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung angebrachtes magnetisches Element abtastet.

4. Hallgenerator mit einer Überwachungsschaltung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal dazu dient, die Relativbewegung der Objekte, deren Positionen mittels einer Längen- oder Winkelmeßeinrichtung erfaßt wird, zu stoppen.