Производители автомобилей во всем мире сосредоточены на электрификации автомобилей. Автомобили должны заряжаться быстрее и иметь больший запас хода от одной зарядки. Это означает, что электрические и электронные схемы в транспортном средстве должны выдерживать чрезвычайно высокую мощность и эффективно управлять потерями. Необходимы надежные решения для управления температурным режимом, чтобы гарантировать, что критически важные для безопасности приложения продолжают работать.
Помимо тепла, выделяемого самим автомобилем, просто подумайте обо всех тепловых характеристиках, которые должны иметь ваш автомобиль и его электроника, чтобы выдерживать широкий диапазон температур окружающей среды. Например, в самых холодных регионах Индии зимой температура намного ниже 0 ° C, а в некоторых других регионах летом она может превышать 45 ° C.
Каждая подсистема электромобиля (EV) требует мониторинга температуры. Бортовое зарядное устройство, преобразователь постоянного тока в постоянный и управление инвертором / двигателем требуют безопасного и эффективного управления для защиты переключателя питания (MOSFET / IGBT / SiC). Системы управления батареями (BMS) также требуют точного измерения температуры на уровне элементов. Единственный компонент, который должен быть точным при экстремальных температурах для защиты системы, - это, без сомнения, датчик температуры. Точная информация о температуре позволяет процессору выполнять температурную компенсацию системы, чтобы электронные модули могли оптимизировать свою работу и максимизировать свою надежность независимо от условий движения. Сюда входит определение температуры выключателей питания, силовых магнитных компонентов, радиаторов, печатной платы и т. Д. Температурные данные также помогают управлять системой охлаждения.
Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и PTC (положительный температурный коэффициент) являются одними из наиболее распространенных устройств, используемых для контроля температуры. NTC - это пассивный резистор, и сопротивление NTC зависит от температуры. Более конкретно, когда температура окружающей среды вокруг NTC увеличивается, сопротивление NTC уменьшается. Инженеры поместят NTC в делитель напряжения, а выходной сигнал делителя напряжения будет считываться в канал аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера (MCU).
Однако есть несколько характеристик NTC, которые могут затруднить использование в автомобильной среде. Как упоминалось ранее, сопротивление NTC изменяется обратно пропорционально температуре, но это соотношение является нелинейным. На рисунке ниже показан пример типичного делителя напряжения на основе NTC.
Если учесть тепло, выделяемое различными подсистемами внутри электромобиля и климатические условия, существующие в разных регионах мира, становится ясно, что полупроводниковые компоненты автомобиля будут подвергаться воздействию широкого диапазона температур (от -40 ° C до 150 ° C). В широком диапазоне температур нелинейное поведение NTC затруднит уменьшение ошибок при переводе показания напряжения в фактическое измерение температуры. Ошибка, вызванная нелинейной кривой NTC, снижает точность любого показания температуры на основе NTC.
Датчик температуры IC с аналоговым выходом будет иметь более линейный отклик по сравнению с NTC, как показано на рисунке выше. И MCU может легко преобразовывать напряжение в данные о температуре с большей точностью и скоростью. Наконец, ИС аналоговых датчиков температуры часто имеют превосходную температурную чувствительность при высоких температурах по сравнению с NTC. Датчики температуры IC делят рыночную категорию с другими сенсорными технологиями, такими как термисторы, резистивные датчики температуры (RTD) и термопары, но IC имеют некоторые важные преимущества, когда требуется хорошая точность в широком диапазоне температур, например, диапазон AEC-Q100 Grade 0 (-40 ° C до 150 ° С). Во-первых, пределы точности температурного датчика IC указаны в градусах Цельсия в технических данных для всего рабочего диапазона; наоборот,Типичный термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) может указывать точность сопротивления только в процентах в одной температурной точке. Затем вам нужно будет тщательно рассчитать общую точность системы для полного диапазона температур при использовании термистора. Фактически, будьте осторожны, проверяя условия эксплуатации, определяющие точность любого датчика.
При выборе ИС имейте в виду, что существует несколько типов - с разными достоинствами для различных автомобильных приложений.
- Аналоговый выход: такие устройства, как LMT87-Q1 (доступный в AEC-Q100 Grade 0), представляют собой простые трехконтактные решения, которые предлагают несколько вариантов усиления для наилучшего соответствия выбранному аналого-цифровому преобразователю (АЦП), что позволяет вам определить общее разрешение. Вы также получаете преимущество низкого рабочего энергопотребления, которое относительно стабильно во всем диапазоне температур по сравнению с термистором. Это означает, что вам не нужно жертвовать мощностью в обмен на уровень шума.
- Цифровой выход: Чтобы еще больше упростить реализацию терморегулирования, TI предлагает цифровые датчики температуры, которые будут напрямую передавать информацию о температуре через такие интерфейсы, как I²C или последовательный периферийный интерфейс (SPI). Например, TMP102-Q1 будет контролировать температуру с точностью ± 3,0 ° C в диапазоне от -40 ° C до + 125 ° C и напрямую передавать температуру через I²C на MCU. Это полностью устраняет необходимость в каких-либо таблицах поиска или вычислениях, основанных на полиномиальной функции. Кроме того, устройство LMT01-Q1 представляет собой высокоточный 2-контактный датчик температуры с простым в использовании интерфейсом токовой петли для подсчета импульсов, что делает его пригодным для бортовых и внешних приложений в автомобильной промышленности.
- Реле температуры: многие переключатели TI, сертифицированные для автомобильной промышленности, обеспечивают простые и надежные предупреждения о перегреве, например TMP302-Q1. Но наличие аналогового значения температуры дает вашей системе ранний индикатор, который вы можете использовать, чтобы вернуться к ограниченной работе до достижения критической температуры. Подсистемы электромобилей также могут извлечь выгоду из программируемых порогов, сверхширокого диапазона рабочих температур и высокой надежности от внутрисхемной проверки работы LM57-Q1 из-за суровых условий эксплуатации (обе ИС доступны в AEC-Q100 Grade 0). Чтобы ознакомиться с полным ассортиментом деталей датчиков температуры на основе ИС, посетите:
В большинстве подсистем электромобилей MCU изолирован от выключателей питания и других компонентов, температура которых измеряется. Данные, поступающие от цифрового выходного датчика температуры, можно легко изолировать с помощью простых цифровых изоляторов, таких как семейство устройств ISO77xx-Q1 от TI. В зависимости от количества требуемых изолированных цифровых линий связи и изоляции подходящую часть можно выбрать здесь:
Ниже представлена блок-схема эталонного проекта TIDA-00752, который обеспечивает цифровой импульсный выход через изолирующий барьер.
Таким образом, термисторы NTC часто используются для контроля температуры, но их нелинейный температурный отклик может оказаться проблематичным для автомобильных решений. Аналоговые и цифровые датчики температуры TI позволяют точно и легко контролировать температуру многих автомобильных систем.
об авторе
