196269. lajstromszámú szabadalom • Mágneses mikrokapcsoló
1 196 269 2 A találmány tárgya mozgó kontaktus nélküli mágneses mikrokapcsoló, amely pl. gépjármüvek elektronikus gyújtásához, motordiagnosztikában, helyzet érzékelőkben és szögtávadókban előnyösen felhasználható. A technikai fejlődés során többféle mikrokapcsolót is kidolgoztak. Közülük a legelterjedtebbek a Hall effektuson alapuló mágneses mikrokapcsolók, amelyek mivel mozgó kontaktusokat nem tartalmaznak ezért nagy élettarta* múak és megbfehatóságűak. Ilyen kapcsolókat alkalmaznak például billentyűzetekben, klaviatúrákban, és gépkocsik elektronikus gyújtóáramkörében. A Hall effektuson alapuló mikrokapcsolók vitathatatlan előnyeik ellenére komoly hátrányokkal is rendelkeznek. A Hall generátor, amely integrált áramköri technológiával rendszerint ugyanabban a szilícium lapkában van kialakítva, mint a hozzá tartozó elektronika, csak igen kis jelet szolgáltat. Egy tipikus Hall generátor átalakítási hatásfoka szilíciumban: A = W(ki)/W(be) = 2.10-* nagyságrendű 79 A/m mágneses tér változásra, ahol W(ki) kimenő, W(be) a bemenő teljesítmény. Az alacsony átalakítási hatásfok miatti kicsi hasznos jel növelése céljából igen erós, 50—100 kA/m működtető mágneses teret kell használni a csip síkjára merőleges irányban. E mágnesből és összetett lágy mágneses anyagból készített fluxusvezetókböl álló mágnesrendszert kell alkalmazni. Széles hőmérséklettartományban történő működés során súlyos problémát okoz a Si lapka és a tok eltérő hótágulásából eredő OFFSET feszültség megváltozás is, ami a hasznos jellel megegyező nagyságrendbe esik, és így a kapcsolási pontosságot jelentősen csökkenti. Ezen hátrányok miatt a Hall effektuson alapuló mágneses mikrokapcsolók alacsony hómérséklet tartományban nem specifikálhatók. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyedejű kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan mágneses mikrokapcsoló kialakítása, amelyben a mágneses jeladó nagy átalakítási hatásfokkal rendelkezik, tehát viszonylag alacsony mágneses tér változásra is kiértékelhető jelet ad, így a működtető mágneses tér egyszerű, ezért olcsó mágneskör segítségével is biztosítható, továbbá amelynek jeladója mechanikai feszültségekre és hőmérsékletváltozásokra érzéketlenebb, ezért széles hőmérséklettartományban nagyobb kapcsolási pontossággal működik, és mindemellett egyszerűen előállítható. A találmány alapja az a felismerés, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha az ismert Hall effektuson alapuló mágneses mikrokapcsolók mágneses jeladóját, a Hall generátort magnetorezisztív jeladóval helyettesítjük. A találmány szerinti mágneses mikrokapcsoló egy olyan ismert mágneses mikrokapcsoló továbbfejlesztése, melynek tokban elhelyezett negatív tápfeszültség bemenetre kapcsolódó bemenetizavarszűró áramköre, kimeneti zavarszűró áramköre, feszültség stabilizátora, mágneses jeladója, erősítője, Schmitt-triggere, nyitott kollektoros kimeneti transzisztora van. A nyitott kollektoros kimeneti tranzisztor emittere van a negatív tápfeszültség bemenetre kötve. A bemeneti zavarszűrő áramkör bemenete pozitív tápfeszültség bemenetre, kimenete a feszültség stabilizátor bemenetére van csatlakoztatva. A feszültség stabilizátor kimenete, a mágneses jeladó, az erősítő és a Schmitttrigger tápfeszültség bemeneteire van kötve. Az erősítő bemenete a mágneses jeladó kimenetére, kimenete pedig a Schmitt-trigger bemenetére van csatlakoztatva. A nyitott kollektoros kimeneti transzisztor bázisa a Schmitt-trigger kimenetére, kollektora pedig a kimeneti zavarszűró áramkör kapcsán keresztül kimenetre van kötve. A feszültség stabilizátor az erősítő, a Schmitt-trigger és a nyitott kollektoros kimeneti tranzisztor előnyösen egybe integrálva kiszolgáló áramkört alkot. A tok mágneses kört tartalmaz, melynek része a mágneses jeladó, valamint állandó mágnes, alsó fluxus vezető, felső fluxus fezetó, légrés, továbbá a légrésbe nyúló és a fogat tartalmazó fogazott cilinder. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a mágneses jeladó lágy mágneses Xjí < 5 x 10~7 magnetostrikciójú anyagból litográfiái eljárással kialakított magnetorezisztív jeladó, amely változó erősségű, síkban fekvó mágneses teret létrehozó mágneskörben van helyezve. A találmány értelmében célszerű, ha a magnetorezisztív jeladó négy egyenlő értékű magnetorezisztfv ellenállásból Összekapcsolt magnetorezisztív ellenállásiad, és amely ellenálláshíd első passzív ágának, ellenálláshíd elsó aktív ágának, ellenállásaid második passzív ágának, ellenálláshíd második aktív ágának, alapelemei, valamint összekötő elemei váltakozva vannak elhelyezve, és az egymás utáni ágak az előző ág célszerűen 90 fokos elforgatásával vannak kialakítva, valamint két átlósan elhelyezkedő ágban, például az ellenálláshíd elsó passzív ága, ellenálláshíd második passzív ága. Az alapelemek a síkban fekvő mágneses tér irányával párhuzamosan helyezkednek el. Az alapelem hossza minimum háromszorosa az összekötő elemének. Az alapelem szélessége minimum harmada az összekötő elemének. Nevezetesen célszerű, ha a magnetorezisztív jeladó két vagy több, párhuzamosan kapcsolt egymásba fűzött magnetorezisztív hídből van kialakítva, ahol az ellenálláshíd elsó passzív ága, az ellenálláshíd elsó aktív ága, az ellenálláshíd második passzív ága és az ellenálláshíd második aktív ága azonos számú, önmagával párhuzamos ágból áll. Célszerű továbbá, ha a magnetorezisztív jeladó ugyanazon a hordozón van kialakítva, mint az integrált áramköri technológiával kivitelezett kiszolgáló áramkör. Célszerű továbbá még az is, ha a magnetorezisztív mágneses jeladó anyaga 70—90% nikkel és 30—10% vas összetételű permalloy. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, melyen az ismert és a találmány szerinti mágneses mikrokapcsoló példakéníi kiviteli alakjait tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra az ismert mágneses mikrokapcsoló keresztmetszeti rajza bekapcsolt állapotban ;a 2. ábra az ismert mágneses mikrokapcsoló keresztmetszeti rajza kikapcsolt állapotban; a 3. ábra az ismert Hall csip és a merőleges mágneses tér elhelyezkedésének a képe; a 6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
