Producătorii auto din întreaga lume se concentrează pe electrificarea vehiculelor. Este nevoie ca mașinile să se încarce mai repede și să aibă o autonomie mai extinsă la o singură încărcare. Aceasta implică faptul că circuitul electric și electronic din interiorul vehiculului ar trebui să poată gestiona o putere extrem de mare și să gestioneze pierderile în mod eficient. Este nevoie de soluții solide de management termic pentru a se asigura că aplicațiile critice pentru siguranță rămân operaționale.
În plus față de căldura produsă de vehicul de unul singur, gândiți-vă la toată toleranța termică pe care trebuie să o aibă mașina dvs. și electronica sa pentru a face față unor intervale largi de temperatură ambientală. De exemplu, în India cele mai reci regiuni se confruntă cu temperaturi mult sub 0 ° C în timpul iernii și ar putea depăși 45 ° C în timpul verii pentru alte regiuni.
Fiecare subsistem dintr-un vehicul electric (EV) necesită monitorizarea temperaturii. Încărcătorul de la bord, convertorul DC / DC și controlul invertorului / motorului necesită un control sigur și eficient pentru a proteja comutatorul de alimentare (MOSFET / IGBT / SiC). Sistemele de gestionare a bateriilor (BMS) necesită, de asemenea, rezoluția fină a măsurării temperaturii la nivelul celulei. Singura componentă care trebuie să fie precisă la temperaturi extreme pentru a proteja sistemul este fără îndoială senzorul de temperatură. Informațiile precise de temperatură permit procesorului să compenseze temperatura, astfel încât modulele electronice să își poată optimiza performanțele și să le maximizeze fiabilitatea, indiferent de condițiile de conducere. Aceasta include detectarea temperaturii întrerupătoarelor de alimentare, a componentelor magnetice de alimentare, a radiatoarelor, a PCB-urilor, etc. Datele referitoare la temperatură ajută, de asemenea, la funcționarea controlată a sistemului de răcire.
Termistorele cu coeficient de temperatură negativă (NTC) și PTC (coeficientul de temperatură pozitivă) sunt printre cele mai comune dispozitive utilizate pentru monitorizarea temperaturilor. NTC este un rezistor pasiv, iar rezistența unui NTC variază în funcție de temperatură. Mai precis, pe măsură ce temperatura ambiantă din jurul unui NTC crește, rezistența NTC scade. Inginerii vor plasa NTC într-un divizor de tensiune cu semnalul de ieșire al divizorului de tensiune citit în canalul convertorului analog-digital (ADC) al unui microcontroler (MCU).
Cu toate acestea, există câteva caracteristici NTC care pot face dificilă utilizarea într-un mediu auto. După cum sa menționat anterior, rezistența unui NTC variază invers cu temperatura, dar relația este neliniară. Figura de mai jos prezintă un exemplu de divizor de tensiune tipic bazat pe NTC.
Când luați în considerare căldura generată din diferite subsisteme din EV și climă care există în diferite regiuni ale lumii, devine clar că componentele semiconductoare ale unui vehicul vor fi expuse la o gamă largă de temperaturi (-40 ° C până la 150 ° C). Pe o gamă largă de temperatură, comportamentul neliniar al NTC va face dificilă reducerea erorilor pe măsură ce traduceți o citire a tensiunii într-o măsurare a temperaturii reale. Eroarea introdusă de la o curbă neliniară a unui NTC scade acuratețea oricărei citiri a temperaturii bazate pe NTC.
Un senzor de temperatură IC de ieșire analogică va avea un răspuns mai liniar în comparație cu NTC-urile, așa cum se arată în figura de mai sus. Și MCU poate traduce cu ușurință tensiunea în date de temperatură cu mai multă precizie și viteză. În cele din urmă, circuitele analogice ale senzorilor de temperatură au adesea o sensibilitate superioară la temperatură la temperaturi ridicate comparativ cu NTC-urile. Senzorii de temperatură IC împărtășesc o categorie de piață cu alte tehnologii de detectare, cum ar fi termistoarele, detectoarele de temperatură de rezistență (RTD) și termocuplurile, dar IC-urile au unele avantaje importante atunci când este necesară o precizie bună la temperaturi largi, cum ar fi gama AEC-Q100 Grade 0 (-40 ° C până la 150 ° C). În primul rând, limitele de precizie ale unui senzor de temperatură IC sunt date în grade Celsius în foaia tehnică pe întreaga gamă de operare; invers,un termistor tipic cu coeficient de temperatură negativ (NTC) poate specifica doar precizia rezistenței în procente la un singur punct de temperatură. Atunci ar trebui să calculați cu atenție precizia totală a sistemului pentru întreaga gamă de temperatură atunci când utilizați un termistor. De fapt, aveți grijă să verificați condițiile de funcționare, specificând acuratețea senzorului.
Când selectați un IC, rețineți că există mai multe tipuri - cu diverse merite pentru diferite aplicații auto.
- Ieșire analogică: Dispozitive precum LMT87-Q1 (disponibile în AEC-Q100 Grad 0) sunt soluții simple, cu trei pini, care oferă opțiuni multiple de câștig pentru a se potrivi cel mai bine cu convertorul analog-digital (ADC) selectat, care vă permite determinați rezoluția generală. Obțineți, de asemenea, avantajul unui consum redus de energie de funcționare, care este relativ consistent în intervalul de temperatură față de un termistor. Aceasta înseamnă că nu trebuie să schimbați puterea pentru performanțe de zgomot.
- Ieșire digitală: Pentru a simplifica și mai mult implementarea managementului termic, TI oferă senzori digitali de temperatură care vor comunica direct temperatura prin interfețe precum I²C sau Serial Peripheral Interface (SPI). De exemplu, TMP102-Q1 va monitoriza temperatura cu o precizie de ± 3,0 ° C de la -40 ° C la + 125 ° C și va comunica direct temperatura de peste I²C către MCU. Aceasta elimină complet necesitatea oricărui tip de tabel de căutare sau calcul bazat pe o funcție polinomială. De asemenea, dispozitivul LMT01-Q1 este un senzor de temperatură cu 2 pini de înaltă precizie, cu o interfață de buclă de curent de numărare a impulsurilor ușor de utilizat, care îl face potrivit pentru aplicații de la bord și off board în industria auto.
- Comutator de temperatură: Multe dintre comutatoarele TI calificate pentru automobile oferă avertismente simple și fiabile la supra-temperatură, de exemplu TMP302-Q1. Dar dacă aveți valoarea analogică a temperaturii, sistemul dvs. oferă un indicator timpuriu pe care îl puteți utiliza pentru a reveni la o funcționare limitată înainte de a ajunge la o temperatură critică. Subsistemele EV pot beneficia, de asemenea, de pragurile programabile, intervalul de temperatură de operare ultra-larg și fiabilitatea ridicată din verificarea operațională în circuit a LM57-Q1 datorită mediului de operare dur (ambele circuite integrate sunt disponibile în AEC-Q100 Grad 0) Pentru un portofoliu complet de piese ale senzorului de temperatură bazat pe IC, puteți vizita:
În majoritatea subsistemelor EV, MCU este izolat de întrerupătoarele de alimentare și de alte componente ale căror temperaturi sunt detectate. Datele provenite de la un senzor de temperatură de ieșire digitală pot fi ușor izolate folosind izolatoare digitale simple, cum ar fi familia de dispozitive ISO77xx-Q1 de la TI. Pe baza numărului de linii de comunicații digitale izolate necesare și a izolării, o parte adecvată poate fi selectată de aici:
Mai jos este diagrama bloc a proiectului de referință TIDA-00752 care asigură ieșirea digitală a impulsului peste o barieră de izolare.
În rezumat, termistoarele NTC sunt adesea utilizate pentru a monitoriza temperatura, dar răspunsul lor neliniar la temperatură se poate dovedi problematic pentru soluțiile auto. Soluțiile analogice și digitale ale senzorului de temperatură TI vă permit să monitorizați cu precizie și ușurință temperatura multor sisteme auto.
Despre autor
