Производителите на автомобили в цял свят са фокусирани върху електрификацията на превозните средства. Има нужда автомобилите да се зареждат по-бързо и да имат по-разширен обхват с едно зареждане. Това предполага, че електрическата и електронната схема в превозното средство трябва да могат да се справят с изключително висока мощност и да управляват ефективно загубите. Необходими са стабилни решения за управление на топлината, за да се гарантира, че критичните за безопасността приложения продължават да работят.
В допълнение към топлината, произведена от автомобила само по себе си, помислете и за целия термичен толеранс, който вашият автомобил и неговата електроника трябва да имат, за да се справят с широки температурни диапазони на околната среда. Например в Индия най-студените региони са изправени пред температура много под 0 ° C през зимата и може да надвиши 45 ° C през лятото за някои други региони.
Всяка подсистема в електрическо превозно средство (EV) изисква мониторинг на температурата. Вграденото зарядно устройство, DC / DC преобразувателят и инверторът / управлението на двигателя изискват безопасно и ефективно управление за защита на превключвателя на захранването (MOSFET / IGBT / SiC). Системите за управление на батериите (BMS) също изискват фина разделителна способност за измерване на температурата на ниво клетка. Единственият компонент, който трябва да бъде точен при екстремни температури, за да защити системата, без съмнение е температурният сензор. Точната информация за температурата позволява на процесора да компенсира температурата на системата, така че електронните модули да оптимизират своята производителност и да увеличат своята надеждност, независимо от условията на шофиране. Това включва засичане на температурата на превключвателите на захранването, захранващите магнитни компоненти, радиаторите, печатната платка и др. Данните за температурата също помагат за контролирано управление на охладителната система.
Термисторите с отрицателен температурен коефициент (NTC) и PTC (положителен температурен коефициент) са сред най-често срещаните устройства, използвани за наблюдение на температурите. NTC е пасивен резистор и съпротивлението на NTC варира в зависимост от температурата. По-конкретно, с повишаване на околната температура около NTC, съпротивлението на NTC намалява. Инженерите ще поставят NTC в делител на напрежение с изходния сигнал на делителя на напрежението, прочетен в канала за аналогово-цифров преобразувател (ADC) на микроконтролер (MCU).
Има обаче няколко характеристики на NTC, които могат да затруднят използването им в автомобилна среда. Както бе споменато по-горе, съпротивлението на NTC варира обратно на температурата, но връзката е нелинейна. Фигурата по-долу показва пример за типичен NTC-базиран делител на напрежението.
Когато разгледате топлината, генерирана от различни подсистеми в рамките на EV и климатичните условия, които съществуват в различни региони на света, става ясно, че полупроводниковите компоненти на превозното средство ще бъдат изложени на широк диапазон от температури (-40 ° C до 150 ° C). В широк температурен диапазон, нелинейното поведение на NTC ще затрудни намаляването на грешките, докато преобразувате отчитането на напрежението в действително измерване на температурата. Грешката, въведена от нелинейната крива на NTC, намалява точността на всяко отчитане на температурата въз основа на NTC.
Аналоговият изходен температурен сензор ще има по-линейна реакция в сравнение с NTC, както е показано на фигурата по-горе. И MCU може лесно да преобразува напрежението в температурни данни с повече точност и скорост. И накрая, интегралните схеми за аналогов температурен сензор често имат по-добра чувствителност към температура при високи температури в сравнение с NTC. IC температурните сензори споделят пазарна категория с други сензорни технологии като термистори, температурни детектори за съпротивление (RTD) и термодвойки, но IC имат някои важни предимства, когато се изисква добра точност при широки температури като диапазон AEC-Q100 клас (-40 ° C) до 150 ° С). Първо, границите на точност на IC температурен датчик са дадени в градуси по Целзий в листа с данни за целия работен диапазон; обратно,типичният термистор с отрицателен температурен коефициент (NTC) може да посочва точността на съпротивлението само в проценти в една точка на температурата. След това ще трябва внимателно да изчислите общата точност на системата за пълния температурен диапазон, когато използвате термистор. Всъщност бъдете внимателни, за да проверите условията на работа, указващи точността на даден сензор.
Когато избирате IC, имайте предвид, че има няколко типа - с различни достойнства за различни автомобилни приложения.
- Аналогов изход: Устройства като LMT87-Q1 (налични в AEC-Q100 степен 0) са прости, трипинови решения, които предлагат множество опции за усилване, за да съвпадат най-добре с избрания от вас аналогово-цифров преобразувател (ADC), който ви позволява определят общата резолюция. Получавате и предимството от ниската консумация на работна мощност, която е сравнително постоянна в температурния диапазон спрямо термистора. Това означава, че не е нужно да разменяте мощността за шумовите характеристики.
- Цифров изход: За допълнително опростяване на внедряването на термичното управление, TI предлага цифрови температурни сензори, които директно комуникират температурата през интерфейси като I²C или сериен периферен интерфейс (SPI). Например, TMP102-Q1 ще наблюдава температурата с точност от ± 3.0 ° C от -40 ° C до + 125 ° C и директно съобщава температурата през I²C на MCU. Това напълно премахва необходимостта от всякакъв вид търсеща таблица или изчисление въз основа на полиномиална функция. Също така, устройството LMT01-Q1 е с висока точност, 2-пинов температурен сензор с лесен за използване интерфейс на контура на импулсното броене, което го прави подходящ за бордови и извънбордови приложения в автомобилната индустрия.
- Температурен превключвател: Много от автомобилните превключватели на TI предоставят прости, надеждни предупреждения за превишаване на температурата, например TMP302-Q1. Но наличието на аналогова стойност на температурата дава на вашата система ранен индикатор, който можете да използвате, за да се върнете към ограничена работа, преди да достигнете критична температура. EV подсистемите могат да се възползват и от програмируемите прагове, свръхширокия работен температурен диапазон и високата надеждност от проверка на работата на веригата на LM57-Q1 поради тежката работна среда (и двете интегрални схеми са налични в AEC-Q100 клас 0). За пълно портфолио от части, базирани на интегрална схема, можете да посетите:
В повечето от подсистемите EV, MCU е изолиран от превключватели на захранването и други компоненти, на които се отчита температурата. Данните, идващи от цифров сензор за изходна температура, могат лесно да бъдат изолирани с помощта на прости цифрови изолатори като семейство устройства от TI на ISO77xx-Q1 Въз основа на броя на необходимите изолирани цифрови комуникационни линии и изолацията може да бъде избрана подходяща част от тук:
По-долу е дадена блок-схема на референтния дизайн на TIDA-00752, която осигурява цифров импулсен изход през изолационна бариера.
В обобщение, NTC термисторите често се използват за наблюдение на температурата, но нелинейната им температурна реакция може да се окаже проблематична за автомобилните решения. Решенията на TI за аналогови и цифрови температурни сензори ви позволяват едновременно точно и лесно да наблюдавате температурата на много автомобилни системи.
за автора
