Autofabrikanten over de hele wereld zijn gericht op voertuigelektrificatie. Auto's moeten sneller worden opgeladen en hebben een grotere actieradius op één lading. Dit houdt in dat het elektrische en elektronische circuit in het voertuig in staat moet zijn om extreem hoog vermogen te verwerken en verliezen effectief te beheren. Er is behoefte aan robuuste oplossingen voor thermisch beheer om ervoor te zorgen dat veiligheidskritische toepassingen operationeel blijven.
Denk naast de warmte die door het voertuig zelf wordt geproduceerd, ook eens aan alle thermische tolerantie die uw auto en zijn elektronica moeten hebben om een breed temperatuurbereik aan te kunnen. In India hebben de koudste streken bijvoorbeeld te maken met temperaturen die ver onder de 0 ° C liggen tijdens de winter en in sommige andere regio's kan het in de zomer boven de 45 ° C uitkomen.
Elk subsysteem binnen een elektrisch voertuig (EV) vereist temperatuurbewaking. Ingebouwde oplader, DC / DC-omzetter en omvormer / motorbesturing vereisen een veilige en efficiënte bediening om de aan / uit-schakelaar (MOSFET / IGBT / SiC) te beschermen. Batterijbeheersystemen (BMS) vereisen ook een fijne resolutie van temperatuurmeting op celniveau. Het enige onderdeel dat bij extreme temperaturen nauwkeurig moet zijn om het systeem te beschermen, is ongetwijfeld de temperatuursensor. Nauwkeurige temperatuurinformatie stelt de processor in staat het systeem temperatuur te compenseren, zodat de elektronische modules hun prestaties kunnen optimaliseren en hun betrouwbaarheid kunnen maximaliseren, ongeacht de rijomstandigheden. Dit omvat temperatuurmeting van stroomschakelaars, magnetische vermogenscomponenten, koellichamen, printplaten, enz. Temperatuurgegevens helpen ook om het koelsysteem op een gecontroleerde manier te laten werken.
Negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) en PTC (positieve temperatuurcoëfficiënt) thermistors behoren tot de meest gebruikte apparaten om temperaturen te bewaken. De NTC is een passieve weerstand en de weerstand van een NTC varieert met de temperatuur. Meer specifiek, naarmate de omgevingstemperatuur rond een NTC toeneemt, neemt de weerstand van de NTC af. Ingenieurs plaatsen de NTC in een spanningsdeler en het uitgangssignaal van de spanningsdeler wordt gelezen in het analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) kanaal van een microcontroller (MCU).
Er zijn echter enkele NTC-kenmerken die het gebruik in een auto-omgeving moeilijk kunnen maken. Zoals eerder vermeld, varieert de weerstand van een NTC omgekeerd evenredig met de temperatuur, maar de relatie is niet-lineair. Afbeelding hieronder toont een voorbeeld van een typische op NTC gebaseerde spanningsdeler.
Als je kijkt naar de warmte die wordt gegenereerd door verschillende subsystemen binnen EV en klimaten die in verschillende delen van de wereld voorkomen, wordt het duidelijk dat de halfgeleidercomponenten van een voertuig worden blootgesteld aan een breed temperatuurbereik (-40 ° C tot 150 ° C). Over een breed temperatuurbereik zal het niet-lineaire gedrag van de NTC het moeilijk maken om fouten te verminderen terwijl u een spanningsmeting vertaalt naar een werkelijke temperatuurmeting. De fout die wordt geïntroduceerd door de niet-lineaire curve van een NTC, verlaagt de nauwkeurigheid van elke op NTC gebaseerde temperatuurmeting.
Een analoge output-IC-temperatuursensor zal een meer lineaire respons hebben in vergelijking met NTC's, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. En MCU kan de spanning gemakkelijk en nauwkeuriger en sneller in temperatuurgegevens vertalen. Ten slotte hebben analoge temperatuursensor-IC's vaak een superieure temperatuurgevoeligheid bij hoge temperaturen in vergelijking met NTC's. IC-temperatuursensoren delen een marktcategorie met andere sensortechnologieën zoals thermistors, weerstandstemperatuurdetectoren (RTD) en thermokoppels, maar IC's hebben enkele belangrijke voordelen wanneer een goede nauwkeurigheid vereist is bij brede temperaturen, zoals het AEC-Q100 Grade 0-bereik (-40 ° C tot 150 ° C). Ten eerste worden de nauwkeurigheidslimieten van een IC-temperatuursensor in graden Celsius gegeven in het gegevensblad over het volledige bedrijfsbereik; omgekeerd,een typische negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) thermistor kan alleen de weerstandsnauwkeurigheid in procenten specificeren op een enkel temperatuurpunt. U moet dan de totale systeemnauwkeurigheid zorgvuldig berekenen voor het volledige temperatuurbereik wanneer u een thermistor gebruikt. Wees in feite voorzichtig om de bedrijfsomstandigheden te controleren en de nauwkeurigheid van een sensor te specificeren.
Houd er bij het selecteren van een IC rekening mee dat er verschillende typen zijn - met verschillende voordelen voor verschillende automobieltoepassingen.
- Analoge uitgang: Apparaten zoals de LMT87-Q1 (beschikbaar in AEC-Q100 Grade 0) zijn eenvoudige, driepinsoplossingen die meerdere versterkingsopties bieden die het beste passen bij uw geselecteerde analoog-naar-digitaalomzetter (ADC), waarmee u bepaal de algehele resolutie. U krijgt ook het voordeel van een laag stroomverbruik in bedrijf dat relatief consistent is over het temperatuurbereik vergeleken met een thermistor. Dit betekent dat u geen vermogen hoeft in te ruilen voor geluidsprestaties.
- Digitale output: om uw implementatie van thermisch beheer verder te vereenvoudigen, biedt TI digitale temperatuursensoren die de temperatuur rechtstreeks communiceren via interfaces zoals I²C of Serial Peripheral Interface (SPI). De TMP102-Q1 bewaakt bijvoorbeeld de temperatuur met een nauwkeurigheid van ± 3,0 ° C van -40 ° C tot + 125 ° C en communiceert de temperatuur boven I²C rechtstreeks naar de MCU. Dit elimineert volledig de noodzaak voor elke soort opzoektabel of berekening op basis van een polynoomfunctie. Het LMT01-Q1-apparaat is ook een zeer nauwkeurige 2-pins temperatuursensor met een gebruiksvriendelijke puls-telstroomlusinterface, waardoor het geschikt is voor toepassingen aan boord en buiten de auto in de auto-industrie.
- Temperatuurschakelaar: Veel van de automotive-gekwalificeerde schakelaars van TI bieden eenvoudige, betrouwbare waarschuwingen voor overtemperatuur, bijvoorbeeld TMP302-Q1. Maar met de analoge temperatuurwaarde geeft uw systeem een vroege indicator die u kunt gebruiken om terug te schakelen naar een beperkte werking voordat u een kritieke temperatuur bereikt. EV-subsystemen kunnen ook profiteren van de programmeerbare drempels, het ultrabrede temperatuurbereik en de hoge betrouwbaarheid van de operationele verificatie in het circuit van de LM57-Q1 vanwege de zware werkomgeving (beide IC's zijn beschikbaar in AEC-Q100 Grade 0). Voor een compleet portfolio van op IC gebaseerde temperatuursensoronderdelen kunt u terecht op:
In de meeste EV-subsystemen is MCU geïsoleerd van stroomschakelaars en andere componenten waarvan de temperatuur wordt gedetecteerd. Gegevens afkomstig van een digitale uitgangstemperatuursensor kunnen eenvoudig worden geïsoleerd met behulp van eenvoudige digitale isolatoren zoals de ISO77xx-Q1-apparatenfamilie van TI. Op basis van het aantal vereiste geïsoleerde digitale communicatielijnen en de isolatie kan hier een geschikt onderdeel worden geselecteerd:
Hieronder ziet u een blokschema van het TIDA-00752-referentieontwerp dat digitale pulsuitvoer levert via een isolatiebarrière.
Samenvattend worden NTC-thermistors vaak gebruikt om de temperatuur te bewaken, maar hun niet-lineaire temperatuurrespons kan problematisch zijn voor auto-oplossingen. Met de analoge en digitale temperatuursensoroplossingen van TI kunt u zowel nauwkeurig als gemakkelijk de temperatuur van veel autosystemen bewaken.
Over de auteur
