A járműgyártók a világ minden táján a járművek villamosítására koncentrálnak. Szükség van arra, hogy az autók egy töltéssel gyorsabban töltsenek és nagyobb hatótávolsággal rendelkezzenek. Ez azt jelenti, hogy a jármű elektromos és elektronikai áramkörének képesnek kell lennie a rendkívül nagy teljesítmény kezelésére és a veszteségek hatékony kezelésére. Robusztus hőkezelési megoldásokra van szükség annak érdekében, hogy a biztonság szempontjából kritikus alkalmazások működőképesek maradjanak.
A jármű által önmagában termelt hő mellett gondoljon csak arra a hőtűrésre, amely autójának és elektronikájának rendelkeznie kell a széles környezeti hőmérséklet-tartományok kezeléséhez. Például Indiában a leghidegebb régiók télen jóval 0 ° C alatt vannak, és néhány más régióban nyáron meghaladhatja a 45 ° C-ot.
Az elektromos járművek (EV) minden alrendszere hőmérséklet-ellenőrzést igényel. A fedélzeti töltő, a DC / DC átalakító és az inverter / motor vezérlés biztonságos és hatékony vezérlést igényel a főkapcsoló (MOSFET / IGBT / SiC) védelme érdekében. Az akkumulátor-kezelő rendszerek (BMS) a hőmérséklet mérésének pontos felbontását is megkövetelik cellaszinten. Az egyetlen alkatrész, amelynek extrém hőmérsékleten pontosnak kell lennie a rendszer védelme érdekében, kétségtelenül a hőmérséklet-érzékelő. A pontos hőmérsékleti információk lehetővé teszik a processzor számára a hőmérséklet-kompenzációt a rendszerben, így az elektronikus modulok optimalizálhatják teljesítményüket és maximalizálhatják megbízhatóságukat a menetviszonyoktól függetlenül. Ez magában foglalja a főkapcsolók, a mágneses teljesítménykomponensek, a hűtőbordák, a NYÁK hőmérséklet-érzékelését. A hőmérsékleti adatok a hűtőrendszer ellenőrzött működését is segítik.
A negatív hőmérsékleti együttható (NTC) és a PTC (pozitív hőmérsékleti együttható) termisztorok a hőmérséklet megfigyelésére használt leggyakoribb eszközök közé tartoznak. Az NTC passzív ellenállás, és az NTC ellenállása a hőmérséklettől függően változik. Pontosabban, ahogy az NTC körüli környezeti hőmérséklet növekszik, az NTC ellenállása csökken. A mérnökök az NTC-t egy feszültségosztóba helyezik, és a feszültségosztó kimeneti jelét beolvassák a mikrokontroller (MCU) analóg-digitális átalakító (ADC) csatornájába.
Van azonban néhány olyan NTC jellemző, amely megnehezítheti az autós környezetben történő alkalmazást. Mint korábban említettük, az NTC ellenállása fordítottan változik a hőmérséklettől függően, de a kapcsolat nemlineáris. Az alábbi ábra egy tipikus NTC-alapú feszültségosztót mutat be.
Ha figyelembe vesszük az EV különböző alrendszereiből és a világ különböző régióiban meglévő éghajlatból származó hőt, akkor világossá válik, hogy a jármű félvezető alkatrészeit széles hőmérsékleti tartománynak (-40 ° C és 150 ° C) teszik ki. Széles hőmérsékleti tartományban az NTC nemlineáris viselkedése megnehezíti a hibák csökkentését, amikor a feszültség leolvasását tényleges hőmérsékleti méréssé alakítja. Az NTC nemlineáris görbéjéből bevezetett hiba csökkenti az NTC-alapú hőmérséklet-leolvasás pontosságát.
Az analóg kimeneti IC hőmérséklet-érzékelő lineárisabb reakciót fog elérni az NTC-khez képest, amint azt a fenti ábra mutatja. Az MCU pedig könnyebben képes a feszültséget hőmérsékleti adatokká alakítani, nagyobb pontossággal és sebességgel. Végül az analóg hőmérséklet-érzékelő IC-k gyakran magasabb hőmérséklet-érzékenységgel rendelkeznek magas hőmérsékleten, mint az NTC-k. Az IC hőmérséklet-érzékelők megosztják a piaci kategóriát más érzékelő technológiákkal, például a termisztorokkal, az ellenállás-hőmérséklet-érzékelőkkel (RTD) és a hőelemekkel, de az IC-knek van néhány fontos előnye, ha jó pontosságra van szükség olyan széles hőmérsékleteken, mint az AEC-Q100 0 fokozat 150 ° C-ig). Először az IC hőmérséklet-érzékelő pontossági határértékeit adjuk meg Celsius fokban az adatlapon a teljes működési tartományban; fordítva,egy tipikus negatív hőmérsékleti együttható (NTC) termisztor csak egy hőmérsékleti ponton adhatja meg az ellenállás pontosságát százalékban. Ezután gondosan ki kell számolnia a teljes hőmérsékleti tartomány teljes pontosságát, amikor termisztort használ. Valójában ügyeljen arra, hogy ellenőrizze a működési körülményeket az érzékelő pontosságának megadásával.
Az IC kiválasztásakor vegye figyelembe, hogy többféle típus létezik - különféle érdemekkel a különböző autóipari alkalmazásokhoz.
- Analóg kimenet: Az olyan eszközök, mint az LMT87-Q1 (elérhető AEC-Q100 0 fokozatban) egyszerű, három tűs megoldások, amelyek több erősítési lehetőséget kínálnak, hogy a legjobban illeszkedjenek a kiválasztott analóg-digitális átalakítóhoz (ADC), amely lehetővé teszi meghatározza a teljes felbontást. Az alacsony üzemi energiafogyasztás előnyeit is élvezheti, amely a hőmérséklet-tartományban viszonylag állandó a termisztorral szemben. Ez azt jelenti, hogy nem kell áramot cserélnie a zajteljesítmény érdekében.
- Digitális kimenet: A hőkezelés további egyszerűsítése érdekében a TI digitális hőmérséklet-érzékelőket kínál, amelyek közvetlenül kommunikálnak a hőmérsékletről olyan interfészeken keresztül, mint az I²C vagy a soros perifériás interfész (SPI). Például a TMP102-Q1 figyelni fogja a hőmérsékletet ± 3,0 ° C pontossággal -40 ° C és + 125 ° C között, és közvetlenül közli a hőmérsékletet I²C felett az MCU-val. Ez teljesen feleslegessé teszi bármilyen típusú keresési táblázat vagy polinomfüggvényen alapuló számítás szükségességét. Az LMT01-Q1 eszköz egy nagy pontosságú, 2 tűs hőmérséklet-érzékelő, könnyen használható impulzusszámláló áramköri interfésszel, amely alkalmassá teszi járművek fedélzeti és fedélzeti alkalmazásaihoz.
- Hőmérséklet-kapcsoló: A TI gépjármű-minősített kapcsolói közül sok egyszerű, megbízható túlmelegedési figyelmeztetést tartalmaz, például a TMP302-Q1. Az analóg hőmérsékleti érték azonban korai jelzést ad a rendszernek, amelynek segítségével korlátozott működésre állíthatja vissza a kritikus hőmérsékletet. Az EV alrendszerek szintén profitálhatnak a programozható küszöbökből, az ultraszéles üzemi hőmérséklet-tartományból és az LM57-Q1 áramkörön belüli üzemi ellenőrzéséből adódó nagy megbízhatósággal a zord működési környezet miatt (mindkét IC elérhető AEC-Q100 0-as fokozatban). Az IC-alapú hőmérséklet-érzékelők alkatrészeinek teljes kínálatát a következő címen találja:
Az EV alrendszerek többségében az MCU el van választva a főkapcsolóktól és egyéb alkatrészektől, amelyek hőmérsékletét érzékelik. A digitális kimeneti hőmérséklet-érzékelőből származó adatok egyszerűen elkülöníthetők egyszerű digitális leválasztókkal, például a TI ISO77xx-Q1 készülékcsaládjával. A szükséges elkülönített digitális kommunikációs vonalak száma és az elkülönítés alapján egy megfelelő rész választható itt:
Az alábbiakban bemutatjuk a TIDA-00752 referenciaterv blokkvázlatát, amely digitális impulzus kimenetet biztosít egy szigetelőgáton.
Összefoglalva, az NTC termisztorokat gyakran használják a hőmérséklet monitorozására, de nemlineáris hőmérséklet-válaszuk problémásnak bizonyulhat az autóipari megoldásoknál. A TI analóg és digitális hőmérséklet-érzékelő megoldásai lehetővé teszik számos autóipari rendszer hőmérsékletének pontos és könnyű monitorozását.
A szerzőről
