Proizvajalci avtomobilov po vsem svetu so osredotočeni na elektrifikacijo vozil. Avtomobili se morajo hitreje polniti in imajo večji doseg z enim polnjenjem. To pomeni, da bi moralo biti električno in elektronsko vezje v vozilu sposobno obvladovati izjemno veliko moč in učinkovito obvladovati izgube. Potrebne so robustne rešitve za upravljanje s toploto, da se zagotovi, da varnostno kritične aplikacije še naprej delujejo.
Poleg toplote, ki jo vozilo proizvaja samo, pomislite še na vso toplotno toleranco, ki jo mora imeti vaš avto in njegova elektronika, da lahko obvladuje široka območja temperature okolice. Na primer, v Indiji se najhladnejša območja pozimi soočajo s temperaturo precej pod 0 ° C, v nekaterih drugih regijah pa lahko poleti preseže 45 ° C.
Vsak podsistem v električnem vozilu (EV) zahteva nadzor temperature. Vgrajeni polnilnik, pretvornik enosmernega in enosmernega toka in krmiljenje pretvornika / motorja zahtevata varen in učinkovit nadzor za zaščito stikala za vklop (MOSFET / IGBT / SiC). Sistemi za upravljanje baterij (BMS) zahtevajo tudi fino ločljivost merjenja temperature na ravni celic. Tista komponenta, ki mora biti natančna pri ekstremnih temperaturah, da zaščiti sistem, je nedvomno temperaturni senzor. Natančne informacije o temperaturi omogočajo procesorju, da sistem temperaturno kompenzira, tako da lahko elektronski moduli optimizirajo svojo zmogljivost in povečajo svojo zanesljivost ne glede na vozne pogoje. To vključuje zaznavanje temperature močnostnih stikal, magnetnih komponent, hladilnikov, PCB itd. Podatki o temperaturi pomagajo tudi pri nadzorovanem zagonu hladilnega sistema.
Termistorja z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC) in PTC (pozitivni temperaturni koeficient) sta med najpogostejšimi napravami za nadzor temperatur. NTC je pasivni upor in upor NTC se spreminja glede na temperaturo. Natančneje, ko se temperatura okolice okoli NTC poveča, se odpornost NTC zmanjša. Inženirji bodo NTC postavili v napetostni delilnik, pri čemer se izhodni signal delilnika napetosti odčita v kanal analogno-digitalnega pretvornika (ADC) mikrokrmilnika (MCU).
Vendar obstaja nekaj lastnosti NTC, ki lahko otežijo uporabo v avtomobilskem okolju. Kot smo že omenili, se upor NTC spreminja obratno s temperaturo, vendar je razmerje nelinearno. Spodnja slika prikazuje primer tipičnega delilnika napetosti na osnovi NTC.
Ko upoštevamo toploto, ki nastaja iz različnih podsistemov znotraj EV, in podnebja, ki obstajajo v različnih regijah sveta, postane jasno, da bodo polprevodniški sestavni deli vozila izpostavljeni širokemu temperaturnemu območju (-40 ° C do 150 ° C). V širokem temperaturnem območju bo nelinearno vedenje NTC otežilo zmanjševanje napak, ko odčitavanje napetosti prevedete v dejansko merjenje temperature. Napaka, ki jo povzroči NTC-jeva nelinearna krivulja, zmanjša natančnost katerega koli odčitavanja temperature na osnovi NTC.
Analogni temperaturni senzor IC bo imel bolj linearni odziv v primerjavi z NTC-ji, kot je prikazano na zgornji sliki. MCU lahko z večjo natančnostjo in hitrostjo napetost enostavno pretvori v temperaturne podatke. Nenazadnje imajo IC analognih temperaturnih senzorjev pogosto boljšo temperaturno občutljivost pri visokih temperaturah v primerjavi z NTC. IC temperaturni senzorji delijo tržno kategorijo z drugimi zaznavalnimi tehnologijami, kot so termistorji, detektorji temperature upora (RTD) in termočleni, vendar imajo IC nekaj pomembnih prednosti, kadar je potrebna dobra natančnost pri širokih temperaturah, kot je območje AEC-Q100 stopnje 0 (-40 ° C). do 150 ° C). Najprej so meje natančnosti temperaturnega senzorja IC v podatkovnem listu podane v stopinjah Celzija v celotnem delovnem območju; nasprotno,tipični termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC) lahko natančnost odpornosti določi le v odstotkih na posamezni temperaturni točki. Nato bi morali pri uporabi termistorja natančno izračunati skupno natančnost sistema za celotno temperaturno območje. Pravzaprav bodite previdni, da preverite pogoje delovanja, ki določajo natančnost katerega koli senzorja.
Ko izbirate IC, ne pozabite, da obstaja več vrst - z različnimi prednostmi za različne avtomobilske aplikacije.
- Analogni izhod: Naprave, kot je LMT87-Q1 (na voljo v stopnji 0 AEC-Q100), so preproste rešitve s tremi nožicami, ki ponujajo več možnosti ojačanja, ki se najbolje ujemajo z izbranim analogno-digitalnim pretvornikom (ADC), ki vam omogoča določite splošno ločljivost. Izkoristite lahko tudi nizko porabo obratovalne energije, ki je v konstantnem temperaturnem območju primerljiva s termistorjem. To pomeni, da vam za delovanje šuma ni treba zamenjati moči.
- Digitalni izhod: Za nadaljnjo poenostavitev izvajanja upravljanja s toploto TI ponuja digitalne temperaturne senzorje, ki neposredno komunicirajo s temperaturo prek vmesnikov, kot sta I²C ali Serijski periferni vmesnik (SPI). Na primer, TMP102-Q1 bo nadzoroval temperaturo z natančnostjo ± 3,0 ° C od -40 ° C do + 125 ° C in neposredno sporočal MCU temperaturo preko I²C. To popolnoma odstrani potrebo po kakršni koli iskalni tabeli ali izračunu, ki temelji na polinomski funkciji. Naprava LMT01-Q1 je visoko natančen, 2-pinski temperaturni senzor z enostavnim vmesnikom zanke tokovnega štetja impulzov, zaradi česar je primeren za avtomobilske in vgrajene aplikacije.
- Temperaturno stikalo: Številna avtomobilsko usposobljena stikala TI zagotavljajo preprosta in zanesljiva opozorila o previsoki temperaturi, na primer TMP302-Q1. Toda če imate analogno vrednost temperature, sistem prej dobi indikator, s katerim se lahko prilagodite na omejeno delovanje, preden dosežete kritično temperaturo. Podsistemi EV lahko koristijo tudi programabilni pragovi, izjemno širok razpon delovne temperature in visoka zanesljivost obratovalne verifikacije LM57-Q1 zaradi težkega delovnega okolja (obe IC sta na voljo v razredu AEC-Q100). Celoten portfelj delov senzorjev temperature na osnovi IC lahko obiščete:
V večini podsistemov EV je MCU izoliran od stikal za vklop in drugih komponent, katerih temperatura zaznava. Podatke, ki prihajajo iz digitalnega senzorja izhodne temperature, je mogoče enostavno izolirati z uporabo preprostih digitalnih izolatorjev, kot je družina naprav ISO 77xx-Q1 podjetja TI. Glede na število zahtevanih izoliranih digitalnih komunikacijskih vodov in izolacijo lahko tukaj izberemo ustrezen del:
Spodaj je blokovni diagram referenčne zasnove TIDA-00752, ki zagotavlja digitalni impulzni izhod preko izolacijske pregrade.
Če povzamemo, se NTC termistorji pogosto uporabljajo za nadzor temperature, vendar se lahko njihov nelinearni temperaturni odziv izkaže za problematičen pri avtomobilskih rešitvah. Rešitve analognih in digitalnih temperaturnih senzorjev TI omogočajo natančno in enostavno spremljanje temperature številnih avtomobilskih sistemov.