Výrobci automobilů po celém světě se zaměřují na elektrifikaci vozidel. Je potřeba, aby se auta nabítaly rychleji a měly větší rozsah dojezdu na jedno nabití. To znamená, že elektrický a elektronický obvod ve vozidle by měl být schopen zvládnout extrémně vysoký výkon a efektivně zvládat ztráty. Je zapotřebí robustních řešení pro správu tepla, aby bylo zajištěno, že aplikace kritické z hlediska bezpečnosti zůstanou funkční.
Kromě tepla produkovaného samotným vozidlem, pomyslete také na veškerou tepelnou toleranci, kterou musí mít vaše auto a jeho elektronika, aby zvládlo široké rozmezí okolních teplot. Například v Indii čelí nejchladnější oblasti v zimě mnohem nižší teplotě než 0 ° C a v některých jiných oblastech může v létě překročit 45 ° C.
Každý subsystém v elektrickém vozidle (EV) vyžaduje monitorování teploty. Integrovaná nabíječka, převodník DC / DC a řízení invertoru / motoru vyžadují bezpečné a účinné ovládání pro ochranu vypínače (MOSFET / IGBT / SiC). Systémy pro správu baterií (BMS) také vyžadují jemné rozlišení měření teploty na úrovni článku. Jedinou součástí, která musí být přesná při extrémních teplotách, aby byl chráněn systém, je bezpochyby teplotní senzor. Přesné informace o teplotě umožňují procesoru teplotně kompenzovat systém, takže elektronické moduly mohou optimalizovat svůj výkon a maximalizovat svou spolehlivost bez ohledu na jízdní podmínky. To zahrnuje snímání teploty výkonových spínačů, výkonových magnetických komponentů, chladičů, desek plošných spojů atd. Údaje o teplotě také pomáhají řídit chladicí systém řízeným způsobem.
Termistory se záporným teplotním koeficientem (NTC) a PTC (kladným teplotním koeficientem) patří k nejběžnějším zařízením používaným k monitorování teplot. NTC je pasivní rezistor a odpor NTC se mění s teplotou. Přesněji řečeno, jak se okolní teplota kolem NTC zvyšuje, odpor NTC klesá. Inženýři umístí NTC do děliče napětí s výstupním signálem děliče napětí načteného do kanálu analogově-digitálního převaděče (ADC) mikrokontroléru (MCU).
Existuje však několik charakteristik NTC, které mohou ztěžovat použití v automobilovém prostředí. Jak již bylo zmíněno, odpor NTC se mění nepřímo s teplotou, ale vztah je nelineární. Obrázek níže ukazuje příklad typického děliče napětí založeného na NTC.
Když vezmete v úvahu teplo generované z různých subsystémů v rámci EV a podnebí, které existují v různých oblastech světa, je jasné, že polovodičové součásti vozidla budou vystaveny širokému rozsahu teplot (-40 ° C až 150 ° C). V širokém teplotním rozsahu bude nelineární chování NTC znesnadňovat snižování chyb při převodu hodnoty napětí na skutečné měření teploty. Chyba zavedená z nelineární křivky NTC snižuje přesnost jakéhokoli čtení teploty na základě NTC.
Analogový výstupní IC teplotní senzor bude mít lineárnější odezvu ve srovnání s NTC, jak je znázorněno na obrázku výše. A MCU může snadno převádět napětí na teplotní data s větší přesností a rychlostí. Nakonec mají integrované obvody analogových teplotních senzorů často vyšší teplotní citlivost při vysokých teplotách ve srovnání s NTC. IC teplotní senzory sdílejí kategorii na trhu s dalšími snímacími technologiemi, jako jsou termistory, odporové teplotní detektory (RTD) a termočlánky, ale integrované obvody mají některé důležité výhody, když je vyžadována dobrá přesnost při širokých teplotách, jako je rozsah AEC-Q100 stupně 0 (-40 ° C 150 ° C). Nejprve jsou limity přesnosti IC teplotního senzoru uvedeny ve stupních Celsia v datovém listu v celém provozním rozsahu; naopak,typický termistor se záporným teplotním koeficientem (NTC) může specifikovat přesnost odporu v procentech pouze v jednom teplotním bodě. Při použití termistoru byste pak museli pečlivě vypočítat celkovou přesnost systému pro celý teplotní rozsah. Ve skutečnosti buďte opatrní, abyste zkontrolovali provozní podmínky specifikující přesnost jakéhokoli snímače.
Při výběru integrovaného obvodu mějte na paměti, že existuje několik typů - s různými výhodami pro různé automobilové aplikace.
- Analogový výstup: Zařízení jako LMT87-Q1 (k dispozici v AEC-Q100 stupně 0) jsou jednoduchá, tříkolíková řešení, která nabízejí více možností zesílení, aby se co nejlépe shodovaly s vybraným analogově-digitálním převodníkem (ADC), který vám umožní určit celkové rozlišení. Získáte také výhodu nízké spotřeby energie, která je poměrně konzistentní v celém teplotním rozsahu oproti termistoru. To znamená, že nemusíte vyměňovat energii za výkon hluku.
- Digitální výstup: Pro další zjednodušení implementace tepelného managementu nabízí TI digitální teplotní senzory, které budou přímo komunikovat teplotu přes rozhraní jako I²C nebo Serial Peripheral Interface (SPI). Například TMP102-Q1 bude monitorovat teplotu s přesností ± 3,0 ° C od -40 ° C do + 125 ° C a přímo sdělovat teplotu přes I²C do MCU. To zcela odstraňuje potřebu jakéhokoli druhu vyhledávací tabulky nebo výpočtu založeného na polynomické funkci. Zařízení LMT01-Q1 je také vysoce přesný, 2kolíkový teplotní senzor s snadno použitelným rozhraním proudové smyčky pro počítání pulsů, díky čemuž je vhodný pro palubní a palubní aplikace v automobilovém průmyslu.
- Teplotní spínač: Mnoho z automobilových spínačů TI poskytuje jednoduchá a spolehlivá varování před přehřátím, například TMP302-Q1. Ale mít analogovou hodnotu teploty dává vašemu systému časný indikátor, který můžete použít k navrácení na omezený provoz před dosažením kritické teploty. Subsystémy EV mohou také těžit z programovatelných prahových hodnot, ultra širokého rozsahu provozních teplot a vysoké spolehlivosti z provozního ověřování obvodu LM57-Q1 v obvodu kvůli drsnému operačnímu prostředí (oba integrované obvody jsou k dispozici v AEC-Q100 stupně 0). Kompletní portfolio součástí teplotních senzorů založených na IC najdete na:
Ve většině subsystémů EV je MCU izolován od výkonových spínačů a dalších komponent, jejichž teplota je snímána. Data pocházející z digitálního snímače teploty lze snadno izolovat pomocí jednoduchých digitálních izolátorů, jako je řada zařízení ISO77xx-Q1 od společnosti TI. Na základě počtu požadovaných izolovaných digitálních komunikačních linek a izolace lze vybrat vhodnou část zde:
Níže je blokové schéma referenčního designu TIDA-00752, které poskytuje digitální pulzní výstup přes izolační bariéru.
Stručně řečeno, NTC termistory se často používají ke sledování teploty, ale jejich nelineární teplotní odezva se může ukázat jako problematická pro automobilová řešení. Analogová a digitální řešení teplotních senzorů TI vám umožňují přesně a snadno sledovat teplotu mnoha automobilových systémů.
o autorovi
