Fordonstillverkare över hela världen fokuserar på elektrifiering av fordon. Det finns ett behov av att bilar laddas snabbare och har ett längre utbud på en enda laddning. Detta innebär att elektriska och elektroniska kretsar i fordonet ska kunna hantera extremt hög effekt och hantera förluster effektivt. Det finns ett behov av robusta värmehanteringslösningar för att säkerställa att säkerhetskritiska applikationer förblir operativa.
Förutom värme som produceras av fordonet i sig, tänk bara på den termiska tolerans som din bil och dess elektronik måste ha för att hantera stora omgivningstemperaturområden. I Indien har de kallaste regionerna till exempel en temperatur som ligger mycket under 0 ° C under vintern och det kan överstiga 45 ° C under sommaren för vissa andra regioner.
Varje delsystem i ett elfordon (EV) kräver temperaturövervakning. Inbyggd laddare, DC / DC-omvandlare och inverter / motorstyrning kräver säker och effektiv kontroll för att skydda strömbrytaren (MOSFET / IGBT / SiC). Batterihanteringssystem (BMS) kräver också fin upplösning av temperaturmätning på cellnivå. Den enda komponenten som måste vara exakt vid extrema temperaturer för att skydda systemet är utan tvekan temperaturgivaren. Exakt temperaturinformation gör att processorn kan temperaturkompensera systemet så att de elektroniska modulerna kan optimera deras prestanda och maximera deras tillförlitlighet oavsett körförhållanden. Detta inkluderar temperaturavkänning av strömbrytare, kraftmagnetiska komponenter, kylflänsar, kretskort etc. Temperaturdata hjälper också till att köra kylsystemet på ett kontrollerat sätt.
Termistorer med negativ temperaturkoefficient (NTC) och PTC (positiv temperaturkoefficient) är bland de vanligaste enheterna som används för att övervaka temperaturer. NTC är ett passivt motstånd och motståndet hos en NTC varierar med temperaturen. Närmare bestämt, när omgivningstemperaturen runt en NTC ökar, minskar NTC: s motstånd. Ingenjörer kommer att placera NTC i en spänningsdelare med utsignalen från spänningsdelaren avläst i en analog-till-digital-omvandlare (ADC) -kanal på en mikrokontroller (MCU).
Det finns dock några NTC-egenskaper som kan göra det svårt att använda i en bilmiljö. Som tidigare nämnts varierar motståndet hos en NTC omvänt med temperaturen, men förhållandet är olinjärt. Bilden nedan visar ett exempel på en typisk NTC-baserad spänningsdelare.
När man tar hänsyn till värmen som genereras från olika delsystem inom EV och klimat som finns i olika regioner i världen blir det tydligt att fordonets halvledarkomponenter kommer att utsättas för ett brett temperaturintervall (-40 ° C till 150 ° C). Under ett brett temperaturintervall kommer NTC: s olinjära beteende att göra det svårt att minska felen när du översätter en spänningsavläsning till en faktisk temperaturmätning. Felet som införs från en NTC: s icke-linjära kurva sänker noggrannheten för eventuell NTC-baserad temperaturavläsning.
En IC-temperaturgivare med analog utgång kommer att ha ett mer linjärt svar jämfört med NTC som visas i figuren ovan. Och MCU kan enkelt översätta spänningen till temperaturdata med mer noggrannhet och hastighet. Slutligen har analoga temperatursensor-IC ofta överlägsen temperaturkänslighet vid höga temperaturer jämfört med NTC. IC-temperatursensorer delar en marknadskategori med andra avkänningsteknologier som termistorer, resistansdetektorer (RTD) och termoelement, men IC har några viktiga fördelar när god noggrannhet krävs vid breda temperaturer som AEC-Q100 grad 0-intervallet (-40 ° C till 150 ° C). Först anges noggrannhetsgränserna för en IC-temperaturgivare i grader Celsius i databladet över hela arbetsområdet; omvänt,en typisk negativ temperaturkoefficient (NTC) termistor får endast specificera motståndsnoggrannheten i procent vid en enda temperaturpunkt. Du måste då noggrant beräkna den totala systemnoggrannheten för hela temperaturområdet när du använder en termistor. I själva verket var noga med att kontrollera driftsförhållandena med angivande av sensorns noggrannhet.
När du väljer en IC, kom ihåg att det finns flera typer - med olika fördelar för olika fordonsapplikationer.
- Analog utgång: Enheter som LMT87-Q1 (finns i AEC-Q100 grad 0) är enkla, tre-stifts lösningar som erbjuder flera förstärkningsalternativ för att matcha bäst med din valda analog-till-digital-omvandlare (ADC), som låter dig bestämma den övergripande upplösningen. Du får också fördelen med låg energiförbrukning som är relativt jämn över temperaturområdet jämfört med en termistor. Det betyder att du inte behöver byta ström för bullerprestanda.
- Digital utgång: För att ytterligare förenkla din implementering av termisk hantering erbjuder TI digitala temperatursensorer som direkt kommunicerar temperatur över gränssnitt som I²C eller Serial Peripheral Interface (SPI). Till exempel kommer TMP102-Q1 att övervaka temperaturen med en noggrannhet av ± 3,0 ° C från -40 ° C till + 125 ° C och direkt kommunicera temperaturen över I²C till MCU. Detta tar helt bort behovet av någon form av uppslagstabell eller beräkning baserat på en polynomfunktion. LMT01-Q1-enheten är också en 2-stifts temperatursensor med hög noggrannhet och ett lättanvänt pulsräkningsgränssnittsgränssnitt, vilket gör den lämplig för applikationer ombord och ombord i fordon.
- Temperaturomkopplare: Många av TI: s bilkvalificerade omkopplare ger enkla, pålitliga varning för temperaturer, till exempel TMP302-Q1. Men att ha det analoga temperaturvärdet ger ditt system en tidig indikator som du kan använda för att skala tillbaka till begränsad drift innan du når en kritisk temperatur. EV-delsystem kan också dra nytta av de programmerbara tröskelvärdena, det extremt breda drifttemperaturområdet och hög tillförlitlighet från driftsverifiering i kretsen av LM57-Q1 på grund av den hårda driftsmiljön (båda IC: erna finns i AEC-Q100 grad 0). För en komplett portfölj av IC-baserade temperatursensordelar kan du besöka:
I de flesta EV-delsystemen är MCU isolerad från strömbrytare och andra komponenter för vilka temperaturen avkänns. Data som kommer från en digital utgångstemperatursensor kan enkelt isoleras med enkla digitala isolatorer som ISO77xx-Q1-familjenheter från TI. Baserat på antalet isolerade digitala kommunikationslinjer som krävs och isoleringen kan en lämplig del väljas härifrån:
Nedan följer blockdiagram över TIDA-00752 referensdesign som ger digital pulsutgång över en isoleringsbarriär.
Sammanfattningsvis används ofta NTC-termistorer för att övervaka temperaturen, men deras olinjära temperatursvar kan visa sig vara problematiskt för fordonslösningar. TI: s analoga och digitala temperatursensorlösningar gör det möjligt för dig att både noggrant och enkelt övervaka temperaturen i många bilsystem.
Om författaren
