Els fabricants d'automòbils de tot el món se centren en l'electrificació de vehicles. Cal que els cotxes es carreguin més ràpidament i tinguin un abast més ampli amb una sola càrrega. Això implica que el circuit elèctric i electrònic del vehicle hauria de ser capaç de manejar una potència extremadament elevada i gestionar les pèrdues amb eficàcia. Cal una solució robusta de gestió tèrmica per garantir que les aplicacions crítiques per a la seguretat continuen operatives.
A més de la calor produïda pel vehicle per si mateix, només cal pensar en tota la tolerància tèrmica que el cotxe i la seva electrònica han de tenir per manejar amplis intervals de temperatura ambient. Per exemple, a l’Índia les regions més fredes s’enfronten a temperatures molt inferiors a 0 ° C durant l’hivern i podrien superar els 45 ° C durant l’estiu en algunes altres regions.
Cada subsistema d’un vehicle elèctric (EV) requereix un control de temperatura. El carregador integrat, el convertidor CC / CC i el control d’inversors / motors requereixen un control segur i eficient per protegir l’interruptor d’alimentació (MOSFET / IGBT / SiC). Els sistemes de gestió de bateries (BMS) també requereixen una resolució fina de la mesura de temperatura al nivell de la cèl·lula. L’únic component que ha de ser precís a temperatures extremes per protegir el sistema és sens dubte el sensor de temperatura. La informació precisa de la temperatura permet al processador compensar la temperatura del sistema de manera que els mòduls electrònics puguin optimitzar el seu rendiment i maximitzar la seva fiabilitat independentment de les condicions de conducció. Això inclou la detecció de temperatura dels interruptors d’alimentació, components magnètics de potència, dissipadors de calor, PCB, etc. Les dades de temperatura també ajuden a fer funcionar el sistema de refrigeració de manera controlada.
Els termistors de coeficient de temperatura negatiu (NTC) i PTC (coeficient de temperatura positiu) són un dels dispositius més comuns que s’utilitzen per controlar les temperatures. El NTC és una resistència passiva i la resistència d’un NTC varia amb la temperatura. Més específicament, a mesura que augmenta la temperatura ambiental al voltant d’un NTC, la resistència del NTC disminueix. Els enginyers col·locaran el NTC en un divisor de tensió amb el senyal de sortida del divisor de tensió llegit al canal del convertidor analògic-digital (ADC) d’un microcontrolador (MCU).
Tot i això, hi ha algunes característiques NTC que poden dificultar l’ús en un entorn automotriu. Com s'ha esmentat anteriorment, la resistència d'un NTC varia inversament amb la temperatura, però la relació és no lineal. La figura següent mostra un exemple d’un divisor de voltatge típic basat en NTC.
Si es té en compte la calor generada a partir de diversos subsistemes dins dels vehicles elèctrics i els climes que existeixen a diferents regions del món, queda clar que els components semiconductors d’un vehicle estaran exposats a un ampli ventall de temperatures (-40 ° C a 150 ° C). En un ampli rang de temperatura, el comportament no lineal de l'NTC dificultarà la reducció dels errors a mesura que traduïu una lectura de voltatge a una mesura de temperatura real. L'error introduït a partir de la corba no lineal d'un NTC redueix la precisió de qualsevol lectura de temperatura basada en NTC.
Un sensor de temperatura IC de sortida analògica tindrà una resposta més lineal en comparació amb els NTC, tal com es mostra a la figura anterior. I l’MCU pot traduir fàcilment el voltatge en dades de temperatura amb més precisió i velocitat. Finalment, els circuits integrats de sensor de temperatura analògics solen tenir una sensibilitat de temperatura superior a temperatures elevades en comparació amb els NTC. Els sensors de temperatura IC comparteixen una categoria de mercat amb altres tecnologies de detecció com termistors, detectors de temperatura de resistència (RTD) i termoparells, però els CI tenen alguns avantatges importants quan es requereix una bona precisió a temperatures àmplies com el rang de grau 0 AEC-Q100 (-40 ° C) a 150 ° C). En primer lloc, els límits de precisió d’un sensor de temperatura IC es donen en graus Celsius a la fitxa tècnica a tot el rang de funcionament; al contrari,un termistor típic de coeficient de temperatura negatiu (NTC) només pot especificar la precisió de resistència en percentatge en un punt de temperatura únic. Aleshores hauríeu de calcular acuradament la precisió total del sistema per a tot el rang de temperatura quan s’utilitza un termistor. De fet, tingueu cura de comprovar les condicions de funcionament especificant la precisió de qualsevol sensor.
Quan seleccioneu un CI, tingueu en compte que n'hi ha de diversos tipus, amb diversos mèrits per a diferents aplicacions d'automoció.
- Sortida analògica: dispositius com el LMT87-Q1 (disponible en AEC-Q100 grau 0) són solucions simples de tres pins que ofereixen múltiples opcions de guany per adaptar-se millor al convertidor analògic-digital (ADC) seleccionat, que us permet determinar la resolució global. També obtindreu l’avantatge d’un baix consum d’energia de funcionament que és comparativament consistent en el rang de temperatura enfront d’un termistor. Això significa que no haureu de canviar la potència per obtenir un rendiment acústic.
- Sortida digital: per simplificar encara més la implementació de la gestió tèrmica, TI ofereix sensors digitals de temperatura que comunicaran directament la temperatura mitjançant interfícies com I²C o Interfície perifèrica en sèrie (SPI). Per exemple, TMP102-Q1 controlarà la temperatura amb una precisió de ± 3,0 ° C des de -40 ° C fins a + 125 ° C i comunicarà directament la temperatura a I²C a la MCU. Això elimina completament la necessitat de qualsevol tipus de taula de cerca o càlcul basat en una funció polinòmica. A més, el dispositiu LMT01-Q1 és un sensor de temperatura de 2 pins d'alta precisió amb una interfície de bucle de corrent de recompte de polsos fàcil d'utilitzar, que el fa adequat per a aplicacions a bord i fora de bord en automoció.
- Interruptor de temperatura: Molts dels interruptors qualificats per a automoció de TI proporcionen avisos de temperatura excessius simples i fiables, per exemple, TMP302-Q1. Però el fet de tenir el valor de temperatura analògic proporciona al vostre sistema un indicador inicial que podeu utilitzar per reduir la temperatura a un funcionament limitat abans d’arribar a una temperatura crítica. Els subsistemes EV també es poden beneficiar dels llindars programables, un rang de temperatura de funcionament ultra ampli i una alta fiabilitat gràcies a la verificació operativa en circuit de l'LM57-Q1 a causa del dur entorn operatiu (els dos circuits integrats estan disponibles a l'AEC-Q100 grau 0). Per obtenir una cartera completa de peces del sensor de temperatura basades en IC, podeu visitar:
En la majoria dels subsistemes EV, l’MCU s’aïlla dels interruptors d’alimentació i d’altres components dels quals s’intueix la temperatura. Les dades provinents d’un sensor de temperatura de sortida digital es poden aïllar fàcilment mitjançant aïlladors digitals simples com la família de dispositius ISO77xx-Q1 de TI. En funció del nombre de línies de comunicació digital aïllades necessàries i de l’aïllament, es pot seleccionar una part adequada des d’aquí:
A continuació es mostra un diagrama de blocs del disseny de referència TIDA-00752 que proporciona sortida digital d’impulsos a través d’una barrera d’aïllament.
En resum, els termistors NTC s'utilitzen sovint per controlar la temperatura, però la seva resposta a la temperatura no lineal pot resultar problemàtica per a solucions d'automoció. Les solucions de sensor de temperatura analògiques i digitals de TI us permeten controlar amb precisió i fàcilment la temperatura de molts sistemes d’automoció.
Sobre l'autor
