Bilfabrikanter over hele verden er fokuseret på elektrificering af køretøjer. Der er behov for, at biler oplades hurtigere og har en mere udvidet rækkevidde på en enkelt opladning. Dette indebærer, at elektriske og elektroniske kredsløb i køretøjet skal være i stand til at håndtere ekstremt høj effekt og håndtere tab effektivt. Der er behov for robuste termostyringsløsninger for at sikre, at sikkerhedskritiske applikationer forbliver operationelle.
Ud over den varme, der produceres af køretøjet i sig selv, skal du bare tænke på al den termiske tolerance, som din bil og dens elektronik skal have for at håndtere brede omgivelsestemperaturområder. For eksempel står de koldeste regioner i Indien over for temperaturer meget under 0 ° C om vinteren, og det kan være over 45 ° C om sommeren for nogle andre regioner.
Hvert delsystem i et elektrisk køretøj (EV) kræver temperaturovervågning. Indbygget oplader, DC / DC-konverter og Inverter / motorkontrol kræver sikker og effektiv kontrol for at beskytte afbryderen (MOSFET / IGBT / SiC). Batteristyringssystemer (BMS) kræver også fin opløsning af temperaturmåling på celleniveau. Den ene komponent, der skal være nøjagtig ved ekstreme temperaturer for at beskytte systemet, er uden tvivl temperatursensoren. Nøjagtige temperaturoplysninger gør det muligt for processoren at temperaturkompensere systemet, så de elektroniske moduler kan optimere deres ydelse og maksimere deres pålidelighed uanset kørselsforholdene. Dette inkluderer temperaturregistrering af strømafbrydere, magtmagnetiske komponenter, køleplader, printkort osv. Temperaturdata hjælper også med at køre kølesystemet på en kontrolleret måde.
Negative temperaturkoefficient (NTC) og PTC (positive temperaturkoefficient) termistorer er blandt de mest almindelige enheder, der bruges til at overvåge temperaturer. NTC er en passiv modstand, og modstanden i en NTC varierer med temperaturen. Mere specifikt, når omgivelsestemperaturen omkring en NTC stiger, falder NTC's modstand. Ingeniører placerer NTC i en spændingsdeler med udgangssignalet fra spændingsdeleren læst ind i en analog-til-digital konverter (ADC) kanal på en mikrokontroller (MCU).
Der er dog et par NTC-egenskaber, der kan gøre det vanskeligt at bruge i et bilmiljø. Som tidligere nævnt varierer modstanden hos en NTC omvendt med temperaturen, men forholdet er ikke-lineært. Figuren nedenfor viser et eksempel på en typisk NTC-baseret spændingsdeler.
Når du overvejer varmen genereret fra forskellige undersystemer inden for EV og klimaer, der findes i forskellige regioner i verden, bliver det klart, at et køretøjs halvlederkomponenter vil blive udsat for en lang række temperaturer (-40 ° C til 150 ° C). Over et bredt temperaturområde vil NTC's ikke-lineære opførsel gøre det vanskeligt at reducere fejl, når du oversætter en spændingsaflæsning til en faktisk temperaturmåling. Fejlen introduceret fra en NTCs ikke-lineære kurve sænker nøjagtigheden af enhver NTC-baseret temperaturaflæsning.
En analog udgang IC-temperatursensor vil have en mere lineær respons sammenlignet med NTC'er som vist i figuren ovenfor. Og MCU kan let oversætte spændingen til temperaturdata med mere nøjagtighed og hastighed. Endelig har analoge temperaturføler-IC ofte overlegen temperaturfølsomhed ved høje temperaturer sammenlignet med NTC'er. IC-temperatursensorer deler en markedskategori med andre sensorteknologier som termistorer, modstandstemperaturdetektorer (RTD) og termoelementer, men IC'er har nogle vigtige fordele, når der kræves god nøjagtighed over store temperaturer som AEC-Q100 Grade 0-området (-40 ° C til 150 ° C). For det første er nøjagtighedsgrænserne for en IC-temperaturføler angivet i grader Celsius i databladet over hele driftsområdet; omvendten typisk negativ temperaturkoefficient (NTC) termistor kan kun specificere modstandsnøjagtigheden i procent ved et enkelt temperaturpunkt. Du skal derefter omhyggeligt beregne den samlede systemnøjagtighed for det fulde temperaturområde, når du bruger en termistor. Vær faktisk omhyggelig med at kontrollere driftsforholdene med angivelse af sensorens nøjagtighed.
Når du vælger en IC, skal du huske, at der er flere typer - med forskellige fordele for forskellige bilapplikationer.
- Analog udgang: Enheder som LMT87-Q1 (fås i AEC-Q100 klasse 0) er enkle, tre-pin-løsninger, der tilbyder flere forstærkningsmuligheder, der passer bedst til din valgte analog-til-digitale konverter (ADC), som lader dig bestem den samlede opløsning. Du får også fordelen ved et lavt driftsstrømforbrug, der er forholdsvis konsistent over temperaturområdet i forhold til en termistor. Dette betyder, at du ikke behøver at bytte strøm for støjydeevne.
- Digital output: For yderligere at forenkle din termiske styringsimplementering tilbyder TI digitale temperatursensorer, der kommunikerer direkte temperatur over grænseflader som I²C eller Serial Peripheral Interface (SPI). For eksempel overvåger TMP102-Q1 temperaturen med en nøjagtighed på ± 3,0 ° C fra -40 ° C til + 125 ° C og kommunikerer temperaturen direkte over I²C til MCU'en. Dette fjerner helt behovet for enhver form for opslagstabel eller beregning baseret på en polynomfunktion. LMT01-Q1-enheden er også en 2-polet temperatursensor med høj nøjagtighed og en brugervenlig pulsoptællingsstrømsløjfegrænseflade, der gør den velegnet til applikationer ombord og uden bord i bilindustrien.
- Temperaturafbryder: Mange af TIs bilkvalificerede afbrydere giver enkle, pålidelige advarsler om over temperatur, for eksempel TMP302-Q1. Men at have den analoge temperaturværdi giver dit system en tidlig indikator, som du kan bruge til at skalere tilbage til begrænset drift, før du kommer til en kritisk temperatur. EV-undersystemer kan også drage fordel af de programmerbare tærskler, ultrabredt driftstemperaturområde og høj pålidelighed fra in-circuit operationel verifikation af LM57-Q1 på grund af det barske driftsmiljø (begge IC'er fås i AEC-Q100 klasse 0). For en komplet portefølje af IC-baserede temperaturfølerdele kan du besøge:
I de fleste EV-undersystemer er MCU isoleret fra strømafbrydere og andre komponenter, hvor temperaturen registreres. Data, der kommer fra en digital udgangstemperaturføler, kan let isoleres ved hjælp af enkle digitale isolatorer som ISO77xx-Q1-familien af enheder fra TI. Baseret på antallet af krævede isolerede digitale kommunikationslinjer og isoleringen kan en passende del vælges herfra:
Nedenfor er blokdiagram over TIDA-00752 referencedesign, som giver digital pulsudgang over en isolationsbarriere.
Sammenfattende bruges NTC-termistorer ofte til at overvåge temperaturen, men deres ikke-lineære temperaturrespons kan vise sig at være problematisk for billøsninger. TIs analoge og digitale temperatursensorløsninger giver dig mulighed for både nøjagtigt og let at overvåge temperaturen i mange bilsystemer.
Om forfatteren
