Bilprodusenter over hele verden er fokusert på kjøretøyelektrifisering. Det er behov for at biler lades raskere og har et utvidet område på en enkelt lading. Dette innebærer at elektriske og elektroniske kretser i kjøretøyet skal kunne håndtere ekstremt høy effekt og håndtere tap effektivt. Det er behov for robuste termostyringsløsninger for å sikre at sikkerhetskritiske applikasjoner forblir i drift.
I tillegg til varmen som produseres av kjøretøyet i seg selv, kan du bare tenke på all den termiske toleransen som bilen din og dens elektronikk må ha for å håndtere store omgivelsestemperaturområder. I India står for eksempel de kaldeste områdene over temperaturen mye under 0 ° C om vinteren, og det kan være over 45 ° C om sommeren for noen andre regioner.
Hvert delsystem i et elektrisk kjøretøy (EV) krever temperaturovervåking. Ombordlader, DC / DC-omformer og Inverter / motorkontroll krever sikker og effektiv kontroll for å beskytte strømbryteren (MOSFET / IGBT / SiC). Batteristyringssystemer (BMS) krever også fin oppløsning av temperaturmåling på cellenivå. Den eneste komponenten som må være nøyaktig ved ekstreme temperaturer for å beskytte systemet, er uten tvil temperatursensoren. Nøyaktig temperaturinformasjon gjør at prosessoren kan temperaturkompensere systemet slik at de elektroniske modulene kan optimalisere ytelsen og maksimere påliteligheten uansett kjøreforhold. Dette inkluderer temperaturregistrering av strømbrytere, kraftmagnetiske komponenter, varmeavleder, PCB, etc. Temperaturdata hjelper også til å kjøre kjølesystemet på en kontrollert måte.
Negative temperaturkoeffisient (NTC) og PTC (positive temperaturkoeffisient) termistorer er blant de vanligste enhetene som brukes til å overvåke temperaturer. NTC er en passiv motstand, og motstanden til en NTC varierer med temperaturen. Mer spesifikt, når omgivelsestemperaturen rundt en NTC øker, reduseres motstanden til NTC. Ingeniører vil plassere NTC i en spenningsdeler med utgangssignalet til spenningsdeleren lest inn i den analoge til digitale omformerkanalen (ADC) på en mikrokontroller (MCU).
Imidlertid er det noen få NTC-egenskaper som kan gjøre det vanskelig å bruke i bilmiljø. Som tidligere nevnt, varierer motstanden til en NTC omvendt med temperaturen, men forholdet er ikke-lineært. Figuren nedenfor viser et eksempel på en typisk NTC-basert spenningsdeler.
Når du tar i betraktning varmen som genereres fra forskjellige delsystemer innen EV og klima som eksisterer i forskjellige regioner i verden, blir det klart at kjøretøyets halvlederkomponenter vil bli utsatt for et bredt temperaturområde (-40 ° C til 150 ° C). Over et bredt temperaturområde vil den ikke-lineære oppførselen til NTC gjøre det vanskelig å redusere feil når du oversetter en spenningsavlesning til en faktisk temperaturmåling. Feilen introdusert fra en NTCs ikke-lineære kurve senker nøyaktigheten av NTC-basert temperaturavlesning.
En analog utgang IC-temperatursensor vil ha en mer lineær respons sammenlignet med NTC-er som vist i figuren ovenfor. Og MCU kan enkelt oversette spenningen til temperaturdata med mer nøyaktighet og hastighet. Til slutt har analoge temperatursensor-IC ofte overlegen temperaturfølsomhet ved høye temperaturer sammenlignet med NTC-er. IC-temperatursensorer deler en markedskategori med andre sensorteknologier som termistorer, motstandstemperaturdetektorer (RTD) og termoelementer, men IC-er har noen viktige fordeler når det kreves god nøyaktighet over store temperaturer som AEC-Q100 grad 0-området (-40 ° C til 150 ° C). For det første er nøyaktighetsgrensene til en IC-temperatursensor gitt i grader Celsius i databladet over hele driftsområdet; omvendt,en typisk negativ temperaturkoeffisient (NTC) termistor kan bare spesifisere motstandsnøyaktigheten i prosent ved et enkelt temperaturpunkt. Du må da nøye beregne den totale systemnøyaktigheten for hele temperaturområdet når du bruker en termistor. Vær faktisk nøye med å sjekke driftsforholdene og spesifisere sensorens nøyaktighet.
Når du velger en IC, må du huske at det er flere typer - med forskjellige fordeler for forskjellige bilapplikasjoner.
- Analog utgang: Enheter som LMT87-Q1 (tilgjengelig i AEC-Q100 klasse 0) er enkle, tre-pinners løsninger som tilbyr flere forsterkningsalternativer for å matche best med den valgte analoge til digitale omformeren (ADC), som lar deg bestem den samlede oppløsningen. Du får også fordelen av lavt strømforbruk som er relativt konsistent over temperaturområdet sammenlignet med en termistor. Dette betyr at du ikke trenger å bytte strøm for støyytelse.
- Digital utgang: For å forenkle implementeringen av termisk styring ytterligere, tilbyr TI digitale temperatursensorer som direkte kommuniserer temperatur over grensesnitt som I²C eller Serial Peripheral Interface (SPI). For eksempel vil TMP102-Q1 overvåke temperaturen med en nøyaktighet på ± 3,0 ° C fra -40 ° C til + 125 ° C og kommunisere temperaturen direkte over I²C til MCU. Dette fjerner fullstendig behovet for alle slags oppslagstabeller eller beregninger basert på en polynomfunksjon. LMT01-Q1-enheten er også en 2-polet temperatursensor med høy nøyaktighet og et brukervennlig pulstellerstrømsløyfegrensesnitt, noe som gjør den egnet for applikasjoner om bord og utenfor bord i bilindustrien.
- Temperaturbryter: Mange av TIs bilkvalifiserte brytere gir enkle, pålitelige advarsler om temperatur, for eksempel TMP302-Q1. Men å ha den analoge temperaturverdien gir systemet en tidlig indikator som du kan bruke til å redusere til begrenset drift før du kommer til en kritisk temperatur. EV-delsystemer kan også dra nytte av de programmerbare terskelene, det ultrabrede driftstemperaturområdet og høy pålitelighet fra verifisering av LM57-Q1 i krets på grunn av det tøffe driftsmiljøet (begge IC-ene er tilgjengelige i AEC-Q100 klasse 0). For en komplett portefølje av IC-baserte temperatursensordeler, kan du gå til:
I de fleste EV-delsystemene er MCU isolert fra strømbrytere og andre komponenter som temperaturen registreres av. Data som kommer fra en digital utgangstemperaturføler kan enkelt isoleres ved hjelp av enkle digitale isolatorer som ISO77xx-Q1-familien av enheter fra TI. Basert på antall isolerte digitale kommunikasjonslinjer som kreves, og isolasjonen, kan en passende del velges herfra:
Nedenfor er blokkdiagram over TIDA-00752 referanseutforming som gir digital pulsutgang over en isolasjonsbarriere.
Oppsummert brukes ofte NTC-termistorer til å overvåke temperaturen, men deres ikke-lineære temperaturrespons kan vise seg å være problematisk for billøsninger. TIs analoge og digitale temperatursensorløsninger lar deg både nøyaktig og enkelt overvåke temperaturen i mange bilsystemer.
om forfatteren
