Výrobcovia automobilov na celom svete sa zameriavajú na elektrifikáciu vozidiel. Je potrebné, aby sa autá nabíjali rýchlejšie a aby mali na jedno nabitie predĺžený dojazd. To znamená, že elektrický a elektronický obvod vo vozidle by mal byť schopný zvládnuť extrémne vysoký výkon a efektívne zvládnuť straty. Existuje potreba robustných riešení pre správu tepla, aby sa zabezpečilo, že aplikácie kritické z hľadiska bezpečnosti zostanú funkčné.
Okrem tepla produkovaného samotným vozidlom, myslite iba na všetku tepelnú toleranciu, ktorú musí mať vaše auto a jeho elektronika, aby zvládol široké teplotné rozsahy okolia. Napríklad v Indii čelia najchladnejšie oblasti v zime oveľa nižšej ako 0 ° C a v niektorých iných regiónoch môže v lete prekročiť 45 ° C.
Každý subsystém v elektrickom vozidle (EV) vyžaduje monitorovanie teploty. Integrovaná nabíjačka, prevodník DC / DC a riadenie invertora / motora vyžadujú bezpečné a efektívne riadenie na ochranu vypínača napájania (MOSFET / IGBT / SiC). Systémy správy batérií (BMS) tiež vyžadujú jemné rozlíšenie merania teploty na úrovni článkov. Jedným komponentom, ktorý musí byť pri extrémnych teplotách presný, aby bol chránený systém, je bezpochyby teplotný snímač. Presné informácie o teplote umožňujú procesoru teplotne kompenzovať systém, aby elektronické moduly mohli optimalizovať svoj výkon a maximalizovať svoju spoľahlivosť bez ohľadu na jazdné podmienky. Patrí sem snímanie teploty výkonových spínačov, výkonových magnetických komponentov, chladičov, dosiek plošných spojov atď. Údaje o teplote tiež pomáhajú riadenému chodu chladiaceho systému.
Termistory so záporným teplotným koeficientom (NTC) a PTC (kladný teplotný koeficient) patria medzi najbežnejšie zariadenia používané na sledovanie teplôt. NTC je pasívny rezistor a odpor NTC sa mení s teplotou. Presnejšie povedané, s rastúcou teplotou okolia okolo NTC klesá odpor NTC. Inžinieri umiestnia NTC do deliča napätia s výstupným signálom deliča napätia načítaným do kanálu analógovo-digitálneho prevodníka (ADC) mikrokontroléra (MCU).
Existuje však niekoľko charakteristík NTC, ktoré môžu sťažiť použitie v automobilovom prostredí. Ako už bolo spomenuté, odpor NTC sa mení inverzne s teplotou, ale vzťah je nelineárny. Obrázok nižšie zobrazuje príklad typického rozdeľovača napätia na základe NTC.
Ak vezmete do úvahy teplo generované z rôznych subsystémov v rámci EV a podnebia, ktoré existujú v rôznych regiónoch sveta, je zrejmé, že polovodičové súčasti vozidla budú vystavené širokému rozsahu teplôt (-40 ° C až 150 ° C). V širokom teplotnom rozmedzí bude nelineárne chovanie NTC sťažovať znižovanie chýb, keď prevádzate namerané napätie na skutočné meranie teploty. Chyba spôsobená nelineárnou krivkou NTC znižuje presnosť akéhokoľvek odčítania teploty na základe NTC.
Analogový výstupný teplotný snímač IC bude mať lineárnejšiu odozvu v porovnaní s NTC, ako je to znázornené na obrázku vyššie. A MCU môže ľahko prevádzať napätie na údaje o teplote s väčšou presnosťou a rýchlosťou. Nakoniec, analógové integrované obvody teplotného senzora majú často vynikajúcu teplotnú citlivosť pri vysokých teplotách v porovnaní s NTC. IC teplotné snímače zdieľajú trhovú kategóriu s inými snímacími technológiami, ako sú termistory, odporové teplotné detektory (RTD) a termočlánky, ale IO majú niektoré dôležité výhody, keď sa vyžaduje dobrá presnosť pri širokých teplotách, ako je rozsah AEC-Q100 stupňa 0 (-40 ° C do 150 ° C). Najskôr sú limity presnosti IC teplotného snímača uvedené v údajovom liste v stupňoch Celzia v celom prevádzkovom rozsahu; naopak,typický termistor so záporným teplotným koeficientom (NTC) môže určiť presnosť odporu v percentách iba v jednom teplotnom bode. Pri použití termistora by ste potom museli starostlivo vypočítať celkovú presnosť systému pre celý teplotný rozsah. V skutočnosti buďte opatrní, aby ste skontrolovali prevádzkové podmienky s presnosťou každého senzora.
Pri výbere integrovaného obvodu nezabudnite, že existuje niekoľko typov - s rôznymi výhodami pre rôzne automobilové aplikácie.
- Analógový výstup: Zariadenia ako LMT87-Q1 (dostupné v AEC-Q100 triedy 0) sú jednoduché trojpinové riešenia, ktoré ponúkajú viac možností zosilnenia, aby sa čo najlepšie zhodovali s vybraným analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC), ktorý vám umožní určiť celkové rozlíšenie. Získate tiež výhodu nízkej spotreby prevádzkovej energie, ktorá je porovnateľne konzistentná v celom teplotnom rozsahu oproti termistoru. To znamená, že nemusíte meniť výkon za hluk.
- Digitálny výstup: Pre ďalšie zjednodušenie implementácie riadenia teploty ponúka spoločnosť TI digitálne snímače teploty, ktoré budú priamo komunikovať teplotu cez rozhrania ako I²C alebo Serial Peripheral Interface (SPI). Napríklad TMP102-Q1 bude monitorovať teplotu s presnosťou ± 3,0 ° C od -40 ° C do + 125 ° C a priamo komunikovať teplotu cez I²C do MCU. To úplne vylučuje potrebu akéhokoľvek druhu vyhľadávacej tabuľky alebo výpočtu založeného na polynomiálnej funkcii. Zariadenie LMT01-Q1 je tiež vysoko presný 2-kolíkový teplotný snímač s ľahko použiteľným rozhraním prúdovej slučky pre počítanie impulzov, vďaka čomu je vhodný pre palubné a palubné aplikácie v automobilovom priemysle.
- Teplotný spínač: Mnoho z automobilových spínačov TI poskytuje jednoduché a spoľahlivé výstrahy týkajúce sa prehriatia, napríklad TMP302-Q1. Ale analógová hodnota teploty dáva vášmu systému skorý indikátor, ktorý môžete použiť na zmenšenie rozsahu obmedzenej prevádzky predtým, ako sa dostanete na kritickú teplotu. Subsystémy EV môžu tiež ťažiť z programovateľných prahových hodnôt, ultraširokého rozsahu prevádzkových teplôt a vysokej spoľahlivosti z prevádzkového overenia obvodu LM57-Q1 v obvode kvôli drsnému prevádzkovému prostrediu (oba integrované obvody sú k dispozícii v stupni AEC-Q100 stupňa 0). Kompletné portfólio súčastí teplotných snímačov založených na IC nájdete na stránke:
Vo väčšine subsystémov EV je MCU izolovaný od výkonových spínačov a iných komponentov, ktorých teplota je snímaná. Údaje pochádzajúce z digitálneho snímača teploty na výstupe je možné ľahko izolovať pomocou jednoduchých digitálnych izolátorov, ako sú prístroje rodiny ISO77xx-Q1 od spoločnosti TI. Na základe počtu požadovaných izolovaných digitálnych komunikačných liniek a izolácie je možné zvoliť vhodnú časť tu:
Ďalej je bloková schéma referenčného dizajnu TIDA-00752, ktorá poskytuje digitálny impulzný výstup cez izolačnú bariéru.
Stručne povedané, NTC termistory sa často používajú na sledovanie teploty, ale ich nelineárna teplotná odozva sa môže ukázať ako problematická pre automobilové riešenia. Analógové a digitálne snímače teploty od spoločnosti TI vám umožňujú presne a ľahko monitorovať teplotu mnohých automobilových systémov.
O autorovi
