Виробники автомобілів у всьому світі зосереджені на електрифікації транспортних засобів. Існує потреба в автомобілях, які заряджаються швидше і мають більш розширений діапазон на одному заряді. Це означає, що електрична та електронна схема в транспортному засобі повинна мати можливість справлятися з надзвичайно великою потужністю та ефективно управляти втратами. Існує потреба в надійних рішеннях з управління теплом, щоб забезпечити безперебійне функціонування програм, що мають важливе значення для безпеки.
На додаток до тепла, яке виробляє транспортний засіб самостійно, просто подумайте про всі термічні допуски, які має мати ваш автомобіль та його електроніка, щоб витримувати широкі діапазони температур навколишнього середовища. Наприклад, в Індії в найхолодніших регіонах температура взимку значно нижча за 0 ° C, а влітку для деяких інших регіонів вона може перевищувати 45 ° C.
Кожна підсистема в електромобілі (EV) вимагає контролю температури. Бортовий зарядний пристрій, перетворювач постійного / постійного струму та інвертор / управління двигуном вимагають безпечного та ефективного управління для захисту вимикача живлення (MOSFET / IGBT / SiC). Системи управління батареями (BMS) також вимагають тонкої роздільної здатності вимірювання температури на рівні комірок. Той компонент, який повинен бути точним при екстремальних температурах, щоб захистити систему, без сумніву, є датчиком температури. Точна інформація про температуру дозволяє процесору компенсувати температуру системи, щоб електронні модулі могли оптимізувати свою продуктивність та максимізувати свою надійність незалежно від умов руху. Сюди входить датчик температури перемикачів живлення, магнітних компонентів живлення, радіаторів, друкованої плати тощо. Дані про температуру також допомагають управляти системою охолодження.
Термістори з негативним температурним коефіцієнтом (NTC) та PTC (позитивний температурний коефіцієнт) є одними з найпоширеніших пристроїв, що використовуються для контролю температур. NTC є пасивним резистором, і опір NTC змінюється залежно від температури. Більш конкретно, із збільшенням температури навколишнього середовища навколо NTC опір NTC зменшується. Інженери розмістять NTC в дільнику напруги з вихідним сигналом дільника напруги, зчитаним в канал аналого-цифрового перетворювача (АЦП) мікроконтролера (MCU).
Однак є кілька характеристик NTC, які можуть ускладнити використання в автомобільному середовищі. Як вже згадувалося раніше, опір NTC змінюється обернено в залежності від температури, але зв'язок нелінійний. На малюнку нижче наведено приклад типового дільника напруги на основі NTC.
Якщо розглянути тепло, що виробляється від різних підсистем всередині електромобіля, та клімат, що існує в різних регіонах світу, стає зрозумілим, що напівпровідникові компоненти транспортного засобу будуть піддаватися дії широкого діапазону температур (від -40 ° C до 150 ° C). У широкому діапазоні температур нелінійна поведінка NTC ускладнить зменшення помилок, оскільки ви перекладаєте показник напруги на фактичне вимірювання температури. Помилка, спричинена нелінійною кривою NTC, знижує точність будь-якого зчитування температури на основі NTC.
Аналоговий вихідний датчик температури ІС матиме більш лінійну характеристику порівняно з NTC, як показано на малюнку вище. І MCU може легко перевести напругу в дані про температуру з більшою точністю та швидкістю. Нарешті, мікросхеми аналогових температурних датчиків часто мають чудову температурну чутливість при високих температурах порівняно з NTC. Датчики температури мікросхеми поділяють ринкову категорію з іншими сенсорними технологіями, такими як терморезистори, датчики температури опору (RTD) та термопари, але мікросхеми мають деякі важливі переваги, коли необхідна хороша точність при широких температурах, як діапазон AEC-Q100 (-40 ° C) до 150 ° C). По-перше, межі точності датчика температури ІС вказані в градусах Цельсія в технічному паспорті по всьому робочому діапазону; навпаки,типовий термістор із негативним температурним коефіцієнтом (NTC) може вказувати точність опору лише у відсотках в одній температурі. Потім вам потрібно буде ретельно розрахувати загальну точність системи для повного діапазону температур при використанні термістора. Насправді, будьте обережні, перевіряючи умови роботи, вказуючи точність будь-якого датчика.
Вибираючи мікросхему, майте на увазі, що існує кілька типів - з різними перевагами для різних автомобільних застосувань.
- Аналоговий вихід: Такі пристрої, як LMT87-Q1 (доступні в класі AEC-Q100) - це прості, триконтактні рішення, що пропонують безліч варіантів посилення, які найкраще відповідають вибраному аналого-цифровому перетворювачу (АЦП), що дозволяє вам визначити загальну роздільну здатність. Ви також отримуєте перевагу низького робочого споживання енергії, яке порівняно відповідає температурному діапазону в порівнянні з термістором. Це означає, що вам не доведеться міняти потужність на шум.
- Цифровий вихід: Для подальшого спрощення реалізації теплового управління TI пропонує цифрові датчики температури, які безпосередньо передаватимуть температуру через такі інтерфейси, як I²C або послідовний периферійний інтерфейс (SPI). Наприклад, TMP102-Q1 контролюватиме температуру з точністю до ± 3,0 ° C від -40 ° C до + 125 ° C і безпосередньо передаватиме температуру над I²C до MCU. Це повністю позбавляє потреби будь-якої таблиці пошуку або обчислення на основі поліноміальної функції. Крім того, пристрій LMT01-Q1 - це високоточний 2-контактний датчик температури з простим у використанні інтерфейсом контуру струму підрахунку імпульсів, що робить його придатним для використання на борту та поза бортом в автомобільній галузі.
- Перемикач температури: Багато перемикачів TI, що відповідають вимогам автомобілів, надають прості, надійні попередження про перегрівання, наприклад TMP302-Q1. Але наявність аналогового значення температури дає вашій системі ранні показники, які ви можете використовувати для зменшення масштабу до обмеженої роботи перед тим, як досягти критичної температури. Підсистеми EV також можуть скористатися програмованими пороговими значеннями, надшироким діапазоном робочих температур і високою надійністю в результаті верифікації експлуатаційної перевірки LM57-Q1 через суворе робоче середовище (обидві мікросхеми доступні в класі AEC-Q100). Повний асортимент деталей датчиків температури на основі ІС можна знайти на веб-сайті:
У більшості підсистем електромобіля мікроконтроллер ізольований від вимикачів живлення та інших компонентів, які визначають температуру. Дані, отримані від цифрового вихідного датчика температури, можна легко ізолювати за допомогою простих цифрових ізоляторів, таких як пристрої сімейства ISO77xx-Q1 від TI. Залежно від кількості необхідних ізольованих цифрових ліній зв'язку та ізоляції можна вибрати відповідну частину тут:
Нижче наведена блок-схема еталонної конструкції TIDA-00752, яка забезпечує вихід цифрового імпульсу через бар'єр ізоляції.
Підводячи підсумок, термістори NTC часто використовуються для контролю температури, але їх нелінійна реакція на температуру може виявитися проблематичною для автомобільних рішень. Рішення аналогового та цифрового датчиків температури TI дозволяють точно і легко контролювати температуру багатьох автомобільних систем.
Про автора
