Sensorpuffer mit minimaler Komponentenanzahl

Einleitung

Ich habe einen Hallsensor vom Automobiltyp, der langsam versagt und möchte etwas mehr Leben aus ihm herausquetschen, da er teuer und nicht ohne weiteres verfügbar ist. Kein kritischer Teil.

Original Design

Der Sensor, von dem ich annehme, ist eine Anordnung vom Hall-Transistortyp - er benötigt eine 12-V-Versorgung, eine 6-V-Hochziehsignalleitung und Masse. Bei Erkennung zieht es die 6V auf Masse. Ich habe den Kurzschlussstrom auf der Signalleitung mit 20 mA gemessen.

Der "Computer" auf der anderen Seite liest das niedrige Signal und kann mit etwas Headroom arbeiten, aber ich gehe davon aus, dass es mindestens 2-3 V sein muss, damit das Signal zuverlässig registriert wird.

Ziel

Ich möchte eine sehr einfache Schaltung entwerfen, die die Eingangsimpedanz auf der Sensorseite erhöht und auf der "Computer" -Seite eine niedrige Impedanz (> 20 mA) liefert. Das heißt, die Schaltung sollte eine 6-V-Signalleitung (Vcc/2) mit einer Impedanz von etwa 10 k bereitstellen, und wenn diese Spannung unter 5 V (~ Vcc/2,5) fällt, sollte sie auch die Ausgangsseite niedrig treiben. Invertiert sollte auch in Ordnung sein, soweit ich das beurteilen kann.

Ideen

Ich hatte bereits einen LM324-Fensterkomparator gebaut, bevor ich wusste, wie sich die Schaltung tatsächlich verhält. Ich mag jedoch nicht die Tatsache, dass es 12 V auf der Signalleitung auf der Computerseite einspeist. Ich könnte eine Diode hinzufügen, um nur Pulldown zu ermöglichen, oder die Vcc für den LM324 auf 6 V setzen, aber die Anzahl der Komponenten ist bereits hoch. Auch drei Tore sind ungenutzt.

Ich könnte eine 2N222-Schaltung mit gemeinsamem Emitter ausprobieren, aber nach meiner Berechnung scheint die Verstärkung zu niedrig zu sein. Vielleicht würde ein Darlington funktionieren?

Die letzte Idee, die ich vermeiden möchte, besteht darin, einfach eine ATTiny85-Karte zu verwenden (einige davon zu haben), den ADC über einen großen Widerstand zu lesen und die Ausgangsleitung auf Low zu ziehen, wenn sie unter einen Schwellenwert fällt. Dies ist eine minimale Teillösung, da bereits ein Regler vorhanden ist und nur eine Diode am Ausgang und ein Widerstand (> 25 k) am Eingang benötigt würden. Bearbeiten : Funktioniert nicht, der ATTiny sieht 6-7 V an seinem Ausgangspin.

Bearbeiten: Ich habe gemessen, dass der Sensor 4 mA gegen Masse liefern kann, nehme an, dass er auch um diesen Wert sinkt. Wahrscheinlich kann der Computer mit 5-10 mA arbeiten (da er sporadisch funktioniert), aber sicherheitshalber auf 20 mA abzielen. Es braucht einen Klimmzug. Ich werde das Gefühl nicht los, dass das nach DTL/TTL klingt.

Wie ist es "langsam versagt"? Mir fällt kein Fehlermodus eines hochintegrierten Hallsensors ein, den Sie mit einem Puffer beheben können, wenn der Ausgang bereits digital ist? Oh, und Typen/Datenblätter helfen immer .
Wie bei Marcus klingt das für mich verdächtig - es kann ein Fehler sein, einen Fehler mit Patch-up-Elektronik zu stützen.
zumal Ihre Ausgabe bereits eine binäre Entscheidung ist – entweder hoch oder niedrig. Wenn etwas schief geht, dh das Ding soll niedrig sein, ist es aber nicht, dann sehe ich nicht, wie man das äußerlich überhaupt merken würde ! (Ihre Ausgangsspannung kann nicht "etwas niedrig" sein)
Die Transistoren und/oder Magnete werden schwächer. Die gesamte Sensoranordnung ist elektromechanisch und vergossen. Der Ausgang ist analog, aber der Computer macht wahrscheinlich LPF (<2 kHz) und vergleicht das Signal mit einem Schwellenwert, um es in digital umzuwandeln. Das "langsame Versagen" bedeutet, dass der Computer angefangen hat, Signale zu verpassen und jetzt nur noch 10% erkennt, wenn überhaupt. Manuelles Fahren der Sensorleitung (kurz gegen Masse) registriert gut.
Nur zur Verdeutlichung, der Computer erwartet einen Eingang von 0 bis 6 V in einen 250-Ohm-Pull-Up-Widerstand, der Sensor gibt jetzt 5,5 bis 6 V aus, weil er nicht genug Stromverstärkung hat, um die Leitung nach unten zu ziehen. Ob der fehlende Antrieb durch geschwächte Magnete oder geschwächte Transistoren verursacht wird - ich kann es nicht sagen - die Elektronik ist zusammen mit einem passenden mechanischen Teil in Epoxidharz vergossen.
Ich habe gerade ein paar Bilder aus meinem Archiv des Sensors gefunden: imgur.com/a/hxW8P . Das separate Stück enthält die Magnete, es gibt mehrere Pole (16?) Gleichmäßig voneinander beabstandet. Das nach rechts abgehende schwarze Kabel enthält die drei Sensordrähte.

Antworten (2)

Ich würde lieber diesen sehr einfachen aktuellen Puffer ausprobieren:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

1) Der Hallsensor muss nicht mehr als 1,5 mA sinken, ich glaube, das ist durchaus in Reichweite.

R1 muss etwas niedriger sein als R2, so dass bei offenem Schaltkreis des Hall-Sensors die Q1-Basis höher genug ist als 6 V Pullup, um sicherzustellen, dass Q1 trotz Spannungstoleranzen ausgeschaltet ist.
Stellen Sie nur sicher, dass Sie die maximale BE-Sperrspannung nicht überschreiten (zumindest ein paar Volt).

Wenn der Hallsensorstrom zu hoch wäre, könnten R1 und R2 erhöht oder sogar ganz entfernt werden.
Dies müsste mit einer niedrigeren maximalen Betriebsfrequenz und einer etwas geringeren Störfestigkeit aufgrund einer höheren Eingangsimpedanz bezahlt werden

2) Ausgang wird nach unten gezogen v CE(Sat) + v BE(ein) ≈ 0,3 v + 0,7 v = 1 v was deutlich unter den 2 bis 3 V liegt, die Ihrer Meinung nach für ein zuverlässiges Arbeiten ausreichen

Danke schön! Das sieht genau so aus, wie ich es will und ähnlich dem, was ich vor ein paar Stunden entworfen habe. Ich habe einen STC945 (NPN) verwendet und R1 + R2 waren Teil eines variablen 28k-Widerstands mit einem 500-Ohm-Widerstand auf der Vcc-Seite zur Sicherheit. Werde dein Design morgen ausprobieren und hoffentlich wird es den Job machen.
In meiner Simulation zieht Ihre Schaltung 2,1 mA vom Sensor, aber das sollte ganz in Ordnung sein. Als Referenz: Der Sensor ist in den letzten 4 Jahren von 100 % auf 10 % "verblassen" und mindestens 15 Jahre alt. Unter der Annahme, dass es über 15 Jahre von 20 mA auf 5 mA gesunken ist, sollten 2 mA wahrscheinlich mindestens zwei Jahre halten. Um einen solchen Sensor in LTSpice (oder einer anderen SW) zu simulieren, verwenden Sie eine Stromquelle gegen Masse mit einer "Schutz" -Diode parallel.
@brainwash Der Eingangsstrom hängt irgendwie vom fast gesättigten hFE von Q1 ab, das stark variieren kann, aber in Ihrem Fall gibt es ein Problem mit dem Hall-Schaltermodell. Die Verwendung einer Stromquelle (Wert?) Mit einer Rückwärtsdiode erzwingt einen Eingangsknoten von ungefähr einem Diodenabfall unter Null Volt. Dies passiert in der realen Schaltung nicht. Ein gesättigter Transistor (dh Hall-Ausgang) kann einfach durch eine Spannungsquelle von ungefähr Vce(sat) modelliert werden. Ich habe versucht, mit beiden Modellen zu simulieren und einen Eingangsstrom von 1,9 mA / 1,2 mA zu erhalten. Ein zweiter Haken ist die Ausgangsspannung an den Computer. Mit Stromquelle haben wir unrealistische 70mV, mit der rechten ca. 1V.
Ich stimme etwas zu: Die Stromsenke ist eine bessere Annäherung und die Diode ist ideal. Das Problem mit einer Spannungsquelle ist, dass sie Spannung aus dem Nichts erzeugt, was beim Transistor nicht passiert. So ist zumindest mein Verständnis. Wie auch immer, ich habe gerade Ihre Schaltung gebaut, sie auf der Bank getestet und werde versuchen, sie in ein paar Stunden einzubauen, und Ihre Antwort hoffentlich als Lösung markieren.
Ich freue mich auf Ihren erfolgreichen Test. :) Spannung aus dem Nichts, es ist kein Problem, solange Strom in den Kollektor eintritt , wie es bei einem echten Transistor der Fall wäre (die Spannungsquelle ist dann eine Art Zener). Ist dies nicht der Fall, ist die Sättigung kein Betriebsbereich und das Modell muss entsprechend geändert werden. Auf der anderen Seite ist eine Stromquelle + ideale Diode genau wie ein Kurzschluss, solange die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, dies lässt Vce (sat) aus und, wie oben gesehen, sind die Ergebnisse möglicherweise nicht so gut. Wenn Sie die Modellierung verbessern möchten, verwenden Sie als letzten Gedanken einfach einen NPN-BJT mit einer gewissen Basisvorspannung.
Ich habe die Schaltung erfolgreich in der Praxis getestet, musste R2 auf 18k erhöhen, damit sie zuverlässig funktioniert. Ich könnte mehr darüber nachforschen, warum, aber ich bin nur froh, dass es funktioniert. R1 + R2 sind Teil eines variablen 28k-Widerstands.

Es benötigt eine 12-V-Versorgung ... die Schaltung sollte eine 6-V-Signalleitung (Vcc / 2) mit einer Impedanz von etwa 10 k liefern, und wenn diese Spannung unter 5 V (~ Vcc / 2,5) fällt, sollte sie auch die Ausgangsseite niedrig treiben.

Die folgende Schaltung verwendet 1/2 eines LM358 Dual-Operationsverstärkers. R1/VR1/R2 erzeugt eine Referenzspannung, die von ~4,9 V bis 6 V einstellbar ist. R3 bietet eine Hysterese von ~150 mV, um sicherzustellen, dass der Ausgang sauber schaltet, wenn sich die Eingangsspannung langsam ändert.

R4 und R5 versorgen die Sensorsignalleitung mit 6V bei einer Impedanz von 12,5k. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers hoch ist, liefert er ~1 mA Basisvorspannungsstrom an Q1, der dann den Ausgang auf Masse zieht. Der 2N3904 hat eine minimale H FE (Stromverstärkung) von 60 bei 50 mA, sodass er keine Probleme haben sollte, 20 mA zu senken.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Diese Schaltung geht davon aus, dass das Eingangssignal ratiometrisch ist (dh proportional zur Versorgungsspannung) und dass die 12-V-Versorgung nicht zu laut ist. Wenn Rauschen oder Spannungsschwankungen ein Problem darstellen, müssen Sie möglicherweise die 12-V-Versorgung filtern und/oder regulieren.

Wenn das Eingangssignal nicht ratiometrisch ist, sollte zumindest die Referenzspannung stabilisiert werden - z. durch Verdrahten einer 6,2-V-Zener-Diode von R1/VR1 mit Masse als Shunt-Regler und Reduzieren des Werts von R1, um einen geeigneten Zener-Vorspannungsstrom bereitzustellen.

Das ist eine nette Lösung und meiner vorherigen Iteration sehr ähnlich, außer dass ich einen LM324 verwendet habe. Ich denke jedoch, obwohl es richtig ist, es hat eine hohe Anzahl von Teilen. Siehe zum Beispiel imgur.com/BEr9D90 , wo R2 die aktuelle Verstärkung anpasst. Das Ergebnis ist: imgur.com/5CpXDn5 . Ich habe gemessen, dass der Sensor ~ 4 mA absenkt / abgibt.
Ich würde mich nicht zu sehr auf die Anzahl der Teile aufhängen. Das Wichtigste ist, sicherzustellen, dass es funktioniert - selbst mit einem verschlechterten Sensor, der sich verschlechtern kann. Wenn der Ausgang nur 4 mA sinken muss, können Sie einen LM393-Komparator verwenden. Wenn Sie die Spannungsschwelle nicht einstellen müssen, ist das Poti nicht erforderlich. Die 6-V-Pullup-Widerstände könnten auf die Ausgangsseite verschoben werden, wenn sie dort sein müssen. Mein erster Entwurf verwendete diese Konfiguration, aber ich lehnte sie ab, weil sie keine 20 mA liefern konnte und meine Interpretation war, dass der Sensor einen Pullup benötigte, nicht das Zielgerät.
„Ich habe gemessen, dass der Sensor 4 mA an Masse liefern kann, nehme an, dass er auch um diesen Wert sinkt.“ - Welche Ausgangsspannungen erhalten Sie vom Sensor, wenn er nicht mit dem Computer verbunden ist?
Nur zur Verdeutlichung, der Sensor benötigt einen Pullup, nicht die Computerseite. Der "Computer" liefert den 250-Ohm/6-V-Pullup. Der Sensor (Kollektor?) liegt ohne Pullup bei ~0,6V. Dein Schaltplan sieht von meiner Seite ganz gut aus.
Okay, jetzt verstehe ich es. In diesem Fall sollte ein einfacher PNP-Emitter-Folger funktionieren, woran ich ursprünglich gedacht hatte, aber von dem Bit "nur auf 5 V herunterziehen" getäuscht wurde. Sieht so aus, als hätte carloc die Antwort, die Sie wollen!
Sensorpuffer mit minimaler Komponentenanzahl
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