Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων σε όλο τον κόσμο επικεντρώνονται στην ηλεκτροκίνηση οχημάτων. Υπάρχει ανάγκη τα αυτοκίνητα να φορτίζονται πιο γρήγορα και να έχουν πιο εκτεταμένη γκάμα με μία μόνο φόρτιση. Αυτό σημαίνει, ότι το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό κύκλωμα εντός του οχήματος θα πρέπει να μπορεί να χειρίζεται εξαιρετικά υψηλή ισχύ και να διαχειρίζεται αποτελεσματικά τις απώλειες. Υπάρχει ανάγκη για ισχυρές λύσεις θερμικής διαχείρισης για να διασφαλιστεί ότι οι κρίσιμες για την ασφάλεια εφαρμογές παραμένουν λειτουργικές.
Εκτός από τη θερμότητα που παράγεται από το όχημα από μόνη της, σκεφτείτε όλη τη θερμική ανοχή που πρέπει να έχει το αυτοκίνητό σας και τα ηλεκτρονικά του για να χειριστεί ευρύ φάσμα θερμοκρασιών περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, στην Ινδία οι ψυχρότερες περιοχές αντιμετωπίζουν θερμοκρασία πολύ κάτω από 0 ° C κατά τη διάρκεια του χειμώνα και μπορεί να υπερβούν τους 45 ° C κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού για ορισμένες άλλες περιοχές.
Κάθε υποσύστημα εντός ηλεκτρικού οχήματος (EV) απαιτεί παρακολούθηση θερμοκρασίας. Στο φορτιστή, ο μετατροπέας DC / DC και ο έλεγχος μετατροπέα / κινητήρα απαιτούν ασφαλή και αποτελεσματικό έλεγχο για την προστασία του διακόπτη ισχύος (MOSFET / IGBT / SiC). Τα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS) απαιτούν επίσης λεπτή ανάλυση της μέτρησης θερμοκρασίας σε επίπεδο κυψέλης Το ένα εξάρτημα που πρέπει να είναι ακριβές σε ακραίες θερμοκρασίες για την προστασία του συστήματος είναι αναμφίβολα ο αισθητήρας θερμοκρασίας. Οι ακριβείς πληροφορίες θερμοκρασίας επιτρέπουν στον επεξεργαστή να αντισταθμίσει τη θερμοκρασία του συστήματος, έτσι ώστε οι ηλεκτρονικές μονάδες να μπορούν να βελτιστοποιήσουν την απόδοσή τους και να μεγιστοποιήσουν την αξιοπιστία τους ανεξάρτητα από τις συνθήκες οδήγησης. Αυτό περιλαμβάνει την ανίχνευση θερμοκρασίας διακοπτών ισχύος, μαγνητικών εξαρτημάτων, ψύκτρων θερμότητας, PCB κ.λπ. Τα δεδομένα θερμοκρασίας βοηθούν επίσης στη λειτουργία του συστήματος ψύξης με ελεγχόμενο τρόπο.
Οι αρνητικοί συντελεστές θερμοκρασίας (NTC) και PTC (θετικός συντελεστής θερμοκρασίας) είναι από τις πιο κοινές συσκευές που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση θερμοκρασιών. Το NTC είναι μια παθητική αντίσταση και η αντίσταση ενός NTC ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Πιο συγκεκριμένα, καθώς η θερμοκρασία περιβάλλοντος γύρω από ένα NTC αυξάνεται, η αντίσταση του NTC μειώνεται. Οι μηχανικοί θα τοποθετήσουν το NTC σε ένα διαχωριστικό τάσης με το σήμα εξόδου του διαχωριστή τάσης να διαβάζεται στο κανάλι αναλογικού προς ψηφιακό μετατροπέα (ADC) ενός μικροελεγκτή (MCU).
Ωστόσο, υπάρχουν μερικά χαρακτηριστικά NTC που μπορεί να δυσκολέψουν τη χρήση τους σε περιβάλλον αυτοκινήτου. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η αντίσταση ενός NTC ποικίλλει αντιστρόφως με τη θερμοκρασία, αλλά η σχέση είναι μη γραμμική. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα ενός τυπικού διαχωριστή τάσης που βασίζεται σε NTC.
Όταν λάβετε υπόψη τη θερμότητα που παράγεται από διάφορα υποσυστήματα εντός EV και κλίματα που υπάρχουν σε διαφορετικές περιοχές του κόσμου, γίνεται σαφές ότι τα εξαρτήματα του ημιαγωγού ενός οχήματος θα εκτεθούν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (-40 ° C έως 150 ° C). Σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, η μη γραμμική συμπεριφορά του NTC θα δυσκολεύει τη μείωση των σφαλμάτων καθώς μεταφράζετε μια ένδειξη τάσης σε μια πραγματική μέτρηση θερμοκρασίας. Το σφάλμα που εισήχθη από τη μη γραμμική καμπύλη ενός NTC μειώνει την ακρίβεια οποιασδήποτε ένδειξης θερμοκρασίας βάσει NTC.
Ένας αναλογικός αισθητήρας θερμοκρασίας εξόδου IC θα έχει πιο γραμμική απόκριση σε σύγκριση με τους NTC όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Και το MCU μπορεί εύκολα να μεταφράσει την τάση σε δεδομένα θερμοκρασίας με μεγαλύτερη ακρίβεια και ταχύτητα. Τέλος, τα αναλογικά IC αισθητήρα θερμοκρασίας έχουν συχνά ανώτερη ευαισθησία θερμοκρασίας σε υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με τα NTC. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας IC μοιράζονται μια κατηγορία αγοράς με άλλες τεχνολογίες ανίχνευσης όπως θερμίστορ, ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης (RTD) και θερμοστοιχεία, αλλά τα IC έχουν μερικά σημαντικά οφέλη όταν απαιτείται καλή ακρίβεια σε μεγάλες θερμοκρασίες όπως το εύρος βαθμού 0 AEC-Q100 (-40 ° C) έως 150 ° C). Πρώτον, τα όρια ακρίβειας ενός αισθητήρα θερμοκρασίας IC δίδονται σε βαθμούς Κελσίου στο φύλλο δεδομένων σε όλο το εύρος λειτουργίας. αντίστροφως,Ένας τυπικός θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας (NTC) μπορεί να καθορίσει μόνο την ακρίβεια αντίστασης σε ποσοστό σε ένα μόνο σημείο θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, θα πρέπει να υπολογίσετε προσεκτικά τη συνολική ακρίβεια του συστήματος για το πλήρες εύρος θερμοκρασίας όταν χρησιμοποιείτε θερμίστορ. Στην πραγματικότητα, προσέξτε να ελέγξετε τις συνθήκες λειτουργίας καθορίζοντας την ακρίβεια κάθε αισθητήρα.
Κατά την επιλογή ενός IC, λάβετε υπόψη ότι υπάρχουν διάφοροι τύποι - με διάφορα πλεονεκτήματα για διαφορετικές εφαρμογές αυτοκινήτων.
- Αναλογική έξοδος t: Συσκευές όπως το LMT87-Q1 (διατίθενται σε AEC-Q100 Grade 0) είναι απλές λύσεις τριών ακίδων που προσφέρουν πολλαπλές επιλογές κέρδους για να ταιριάζουν καλύτερα με τον επιλεγμένο μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC), ο οποίος σας επιτρέπει καθορίστε τη συνολική ανάλυση. Παίρνετε επίσης το πλεονέκτημα της χαμηλής κατανάλωσης ισχύος που είναι συγκριτικά συνεπής στο εύρος θερμοκρασίας έναντι ενός θερμίστορ. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να ανταλλάσσετε ισχύ για απόδοση θορύβου.
- Ψηφιακή έξοδος: Για περαιτέρω απλοποίηση της εφαρμογής θερμικής διαχείρισης, η TI προσφέρει ψηφιακούς αισθητήρες θερμοκρασίας που θα επικοινωνούν άμεσα τη θερμοκρασία μέσω διεπαφών όπως το I²C ή το Serial Peripheral Interface (SPI). Για παράδειγμα, το TMP102-Q1 θα παρακολουθεί τη θερμοκρασία με ακρίβεια ± 3,0 ° C από -40 ° C έως + 125 ° C και θα επικοινωνεί απευθείας τη θερμοκρασία πάνω από I²C στο MCU. Αυτό αφαιρεί εντελώς την ανάγκη για οποιοδήποτε είδος πίνακα αναζήτησης ή υπολογισμού με βάση μια πολυωνυμική συνάρτηση. Επίσης, η συσκευή LMT01-Q1 είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας 2 ακίδων υψηλής ακρίβειας με έναν εύκολο στη χρήση διεπαφή τρέχοντος βρόχου μέτρησης παλμών, ο οποίος το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές εντός και εκτός οχήματος στην αυτοκινητοβιομηχανία.
- Διακόπτης θερμοκρασίας: Πολλοί από τους διακόπτες που είναι κατάλληλοι για αυτοκίνητα της TI παρέχουν απλές, αξιόπιστες προειδοποιήσεις υπερθέρμανσης, για παράδειγμα TMP302-Q1. Αλλά η αναλογική τιμή θερμοκρασίας δίνει στο σύστημά σας έναν πρώιμο δείκτη που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να μειώσετε την περιορισμένη λειτουργία πριν φτάσετε σε μια κρίσιμη θερμοκρασία. Τα υποσυστήματα EV μπορούν επίσης να επωφεληθούν από τα προγραμματιζόμενα όρια, το εξαιρετικά μεγάλο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας και την υψηλή αξιοπιστία από την επιχειρησιακή επαλήθευση του κυκλώματος του LM57-Q1 λόγω του σκληρού περιβάλλοντος λειτουργίας (και τα δύο IC είναι διαθέσιμα στον βαθμό AEC-Q100 0). Για πλήρες χαρτοφυλάκιο ανταλλακτικών αισθητήρα θερμοκρασίας βάσει IC, μπορείτε να επισκεφθείτε:
Στα περισσότερα από τα υποσυστήματα EV, το MCU απομονώνεται από διακόπτες τροφοδοσίας και άλλα εξαρτήματα των οποίων η θερμοκρασία γίνεται αισθητή. Τα δεδομένα που προέρχονται από έναν ψηφιακό αισθητήρα θερμοκρασίας εξόδου μπορούν εύκολα να απομονωθούν χρησιμοποιώντας απλούς ψηφιακούς απομονωτές όπως η σειρά συσκευών ISO77xx-Q1 από την TI. Με βάση τον αριθμό των απομονωμένων γραμμών ψηφιακής επικοινωνίας που απαιτούνται και την απομόνωση, μπορεί να επιλεγεί ένα κατάλληλο μέρος από εδώ:
Παρακάτω είναι το διάγραμμα μπλοκ του σχεδιασμού αναφοράς TIDA-00752 που παρέχει έξοδο ψηφιακού παλμού πάνω από ένα φράγμα απομόνωσης.
Συνοπτικά, τα θερμίστορ NTC χρησιμοποιούνται συχνά για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας, αλλά η μη γραμμική απόκριση θερμοκρασίας τους μπορεί να αποδειχθεί προβληματική για λύσεις αυτοκινήτων. Οι αναλογικές και ψηφιακές λύσεις αισθητήρα θερμοκρασίας της TI σας επιτρέπουν να παρακολουθείτε με ακρίβεια και εύκολα τη θερμοκρασία πολλών συστημάτων αυτοκινήτων.
Σχετικά με τον Συγγραφέα
