Proizvođači automobila u cijelom svijetu usredotočeni su na elektrifikaciju vozila. Potrebno je da se automobili brže pune i imaju veći opseg s jednim punjenjem. To podrazumijeva da bi električni i elektronički krug u vozilu trebali moći podnijeti izuzetno velike snage i učinkovito upravljati gubicima. Potrebna su robusna rješenja za upravljanje toplinom kako bi se osiguralo da sigurnosno kritične aplikacije i dalje rade.
Uz toplinu koju samostalno proizvodi vozilo, sjetite se i sve toplinske tolerancije koju vaš automobil i njegova elektronika moraju imati da bi se podnosili široki rasponi temperature okoline. Primjerice, u Indiji se najhladnija područja zimi suočavaju s temperaturom znatno nižom od 0 ° C, a u nekim drugim regijama tijekom ljeta može biti i viša od 45 ° C.
Svaki podsustav unutar električnog vozila (EV) zahtijeva nadzor temperature. Ugrađeni punjač, DC / DC pretvarač i pretvarač / upravljanje motorom zahtijevaju sigurno i učinkovito upravljanje kako bi zaštitili prekidač napajanja (MOSFET / IGBT / SiC). Sustavi za upravljanje baterijama (BMS) također zahtijevaju finu razlučivost mjerenja temperature na razini stanice. Jedina komponenta koja mora biti točna na ekstremnim temperaturama kako bi zaštitila sustav je bez sumnje temperaturni osjetnik. Točne informacije o temperaturi omogućavaju procesoru da temperaturno kompenzira sustav tako da elektronički moduli mogu optimizirati svoje performanse i povećati pouzdanost bez obzira na uvjete vožnje. To uključuje osjetnike temperature prekidača snage, magnetskih komponenata napajanja, hladnjaka, PCB-a itd. Podaci o temperaturi također pomažu u kontroliranom radu hladnog sustava.
Termistori s negativnim temperaturnim koeficijentom (NTC) i PTC (pozitivni koeficijent temperature) među najčešćim su uređajima koji se koriste za nadzor temperature. NTC je pasivni otpornik, a otpor NTC-a varira ovisno o temperaturi. Točnije, kako se povećava temperatura okoline oko NTC-a, otpor NTC-a opada. Inženjeri će NTC smjestiti u razdjelnik napona s izlaznim signalom razdjelnika napona očitanim u analogno-digitalni pretvarač (ADC) kanal mikrokontrolera (MCU).
Međutim, postoji nekoliko NTC karakteristika koje mogu otežati upotrebu u automobilskom okruženju. Kao što je prethodno spomenuto, otpor NTC-a varira obrnuto od temperature, ali odnos je nelinearan. Na donjoj slici prikazan je primjer tipičnog NTC-djelitelja napona.
Kad uzmete u obzir toplinu generiranu iz različitih podsustava unutar EV i klimu koja postoji u različitim regijama svijeta, postaje jasno da će poluvodičke komponente vozila biti izložene širokom rasponu temperatura (-40 ° C do 150 ° C). U širokom temperaturnom rasponu, nelinearno ponašanje NTC-a otežat će smanjenje pogrešaka pri prevođenju očitanja napona u stvarno mjerenje temperature. Pogreška izvedena iz NTC-ove nelinearne krivulje smanjuje točnost bilo kojeg očitanja temperature temeljenog na NTC-u.
Analogni izlazni IC senzor temperature imat će linearniji odziv u usporedbi s NTC-ima kao što je prikazano na gornjoj slici. A MCU može lako prevesti napon u temperaturne podatke s više preciznosti i brzine. Napokon, analogni IC senzori temperature često imaju superiornu osjetljivost na temperaturu pri visokim temperaturama u usporedbi s NTC-ima. IC temperaturni senzori dijele tržišnu kategoriju s ostalim senzorskim tehnologijama poput termistora, otpornika temperature temperature (RTD) i termoparova, ali IC imaju neke važne prednosti kada se za široke temperature poput raspona AEC-Q100 stupnja 0 (-40 ° C) zahtijeva dobra točnost do 150 ° C). Prvo, ograničenja točnosti IC temperaturnog osjetnika navedena su u stupnjevima Celzijusa u podatkovnom listu u cijelom radnom rasponu; obrnuto,tipični termistor s negativnim koeficijentom temperature (NTC) može odrediti točnost otpora u postocima samo na jednoj temperaturnoj točki. Tada biste trebali pažljivo izračunati ukupnu točnost sustava za puni temperaturni opseg kada upotrebljavate termistor. Zapravo budite oprezni kako biste provjerili radne uvjete navodeći točnost bilo kojeg senzora.
Pri odabiru IC-a, imajte na umu da postoji nekoliko vrsta - s različitim zaslugama za različite automobilske primjene.
- Analogni izlaz: Uređaji poput LMT87-Q1 (dostupni u AEC-Q100 stupnju 0) jednostavna su tropolna rješenja koja nude višestruke mogućnosti pojačanja koje se najbolje podudaraju s vašim odabranim analogno-digitalnim pretvaračem (ADC), što vam omogućuje odrediti ukupnu razlučivost. Dobivate i prednost male radne potrošnje energije koja je razmjerno konzistentna u rasponu temperatura u odnosu na termistor. To znači da ne morate mijenjati snagu za performanse buke.
- Digitalni izlaz: Kako bi dodatno pojednostavio vašu provedbu upravljanja toplinom, TI nudi digitalne temperaturne senzore koji će izravno komunicirati temperaturu preko sučelja poput I²C ili serijskog perifernog sučelja (SPI). Na primjer, TMP102-Q1 nadzirat će temperaturu s točnošću od ± 3,0 ° C od -40 ° C do + 125 ° C i izravno komunicirati temperaturu preko I²C s MCU-om. Ovo u potpunosti uklanja potrebu za bilo kakvom vrstom potražne tablice ili izračuna na temelju polinomske funkcije. Također, uređaj LMT01-Q1 visoko je precizan, 2-pinski temperaturni senzor s jednostavnim sučeljem petlje struje brojača impulsa, što ga čini prikladnim za primjenu u vozilu i izvan njega.
- Prekidač temperature: Mnogo TI-jevih automobilskih prekidača pruža jednostavna, pouzdana upozorenja o previsokoj temperaturi, na primjer TMP302-Q1. Ali postojanje analogne vrijednosti temperature daje vašem sustavu rani pokazatelj koji možete koristiti za vraćanje na ograničeni rad prije dostizanja kritične temperature. Podsistemi EV također mogu imati koristi od programabilnih pragova, izuzetno širokog raspona radnih temperatura i visoke pouzdanosti zbog provjere rada LM57-Q1 u krugu zbog teškog radnog okruženja (obje IC su dostupne u AEC-Q100 stupnju 0). Kompletni portfelj dijelova osjetnika temperature temeljenih na IC možete posjetiti:
U većini EV podsustava, MCU je izoliran od prekidača za napajanje i ostalih komponenata čija se temperatura osjeća. Podaci koji dolaze iz digitalnog osjetnika izlazne temperature mogu se jednostavno izolirati pomoću jednostavnih digitalnih izolatora poput ISO77xx-Q1 obitelji uređaja tvrtke TI. Na temelju broja potrebnih izoliranih digitalnih komunikacijskih linija i izolacije, ovdje se može odabrati odgovarajući dio:
Ispod je blok dijagram referentnog dizajna TIDA-00752 koji pruža digitalni impulsni izlaz preko izolacijske barijere.
Ukratko, NTC termistori se često koriste za praćenje temperature, ali njihov nelinearni temperaturni odziv može se pokazati problematičnim za automobilska rješenja. TI-jeva analogna i digitalna rješenja senzora temperature omogućuju vam precizno i jednostavno praćenje temperature mnogih automobilskih sustava.
o autoru
