יצרני הרכב בכל רחבי העולם מתמקדים בחשמול הרכב. יש צורך במכוניות להיטען מהר יותר ולהיות בעלות טווח מורחב יותר בטעינה אחת. זה מרמז שמעגלים חשמליים ואלקטרוניים בתוך הרכב צריכים להיות מסוגלים להתמודד עם הספק גבוה במיוחד ולנהל אבדות בצורה יעילה. יש צורך בפתרונות חזקים לניהול תרמי כדי להבטיח שיישומים קריטיים לבטיחות יישארו פעילים.
בנוסף לחום שמייצר הרכב מעצמו, חשוב רק לחשוב על כל הסובלנות התרמית שיש לרכב שלך ולאלקטרוניקה שלה כדי להתמודד עם טווחי טמפרטורה רחבים. לדוגמה, בהודו האזורים הקרים ביותר מתמודדים עם טמפרטורה נמוכה בהרבה מ- 0 מעלות צלזיוס במהלך החורף ויכולים להיות מעבר ל 45 מעלות צלזיוס במהלך הקיץ באזורים אחרים.
כל תת מערכת ברכב חשמלי (EV) דורשת פיקוח על טמפרטורה. מטען מובנה, ממיר DC / DC ובקרת מהפך / מנוע דורשים שליטה בטוחה ויעילה להגנה על מתג ההפעלה (MOSFET / IGBT / SiC). מערכות ניהול סוללות (BMS) דורשות גם רזולוציה דקה של מדידת הטמפרטורה ברמת התא. הרכיב היחיד שחייב להיות מדויק בטמפרטורות קיצוניות על מנת להגן על המערכת הוא ללא ספק חיישן הטמפרטורה. מידע טמפרטורה מדויק מאפשר למעבד לפצות את המערכת על ידי הטמפרטורה כך שהמודולים האלקטרוניים יוכלו למטב את ביצועיהם ולמקסם את מהימנותם, לא משנה תנאי הנהיגה. זה כולל חישת טמפרטורה של מתגי הפעלה, רכיבים מגנטיים חשמליים, כיורי קירור, PCB וכו '. נתוני טמפרטורה מסייעים גם להפעלת מערכת הקירור בצורה מבוקרת.
מקדמי טמפרטורה שליליים (NTC) ו- PTC (מקדם טמפרטורה חיובי) הם בין המכשירים הנפוצים ביותר המשמשים לניטור הטמפרטורות. ה- NTC הוא נגד פסיבי, והתנגדות ה- NTC משתנה עם הטמפרטורה. באופן ספציפי יותר, ככל שטמפרטורת הסביבה סביב NTC עולה, ההתנגדות של ה- NTC פוחתת. מהנדסים יכניסו את ה- NTC למחלק מתח כאשר אות הפלט של מחלק המתח נקרא בערוץ הממיר האנלוגי לדיגיטלי (ADC) של מיקרו-בקר (MCU).
עם זאת, ישנם מספר מאפייני NTC שיכולים להקשות על השימוש בסביבת רכב. כאמור, ההתנגדות של NTC משתנה הפוך לטמפרטורה, אך הקשר אינו לינארי. באיור שלהלן מוצגת דוגמה למחלק מתח טיפוסי המבוסס על NTC.
כאשר בוחנים את החום שנוצר מתתי מערכות שונות בתוך EV ואקלים הקיים באזורים שונים בעולם, מתברר כי רכיבי המוליכים למחצה של הרכב יחשפו לטווח רחב של טמפרטורות (-40 ° C עד 150 ° C). בטווח טמפרטורות רחב, ההתנהגות הלא-לינארית של ה- NTC תקשה על צמצום השגיאות כאשר אתה מתרגם קריאת מתח למדידת טמפרטורה בפועל. השגיאה שנוצרה מעקומה לא לינארית של NTC מורידה את הדיוק בכל קריאת טמפרטורה מבוססת NTC.
לחיישן טמפרטורת IC של פלט אנלוגי תהיה תגובה ליניארית יותר בהשוואה ל- NTC כפי שמוצג באיור לעיל. ו- MCU יכול לתרגם את המתח בקלות לנתוני טמפרטורה ביתר דיוק ומהירות. לבסוף, לממשקי IC של חיישני טמפרטורה אנלוגיים יש לעיתים קרובות רגישות מעולה לטמפרטורות בטמפרטורות גבוהות בהשוואה ל- NTC. חיישני טמפרטורה של IC חולקים קטגוריית שוק עם טכנולוגיות חישה אחרות כמו תרמיסטורים, גלאי טמפרטורת התנגדות (RTD) וצמדים תרמיים, אך ל- IC יש כמה יתרונות חשובים כאשר נדרש דיוק טוב בטמפרטורות רחבות כמו טווח AEC-Q100 דרגה 0 (-40 ° C עד 150 מעלות צלזיוס). ראשית, מגבלות הדיוק של חיישן טמפרטורה IC ניתנות במעלות צלזיוס בגליון הנתונים על פני טווח ההפעלה המלא; לעומת זאת,תרמיסטור מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) אופייני רשאי לציין את דיוק ההתנגדות באחוזים בנקודת טמפרטורה אחת בלבד. לאחר מכן יהיה עליך לחשב בקפידה את דיוק המערכת הכולל לטווח הטמפרטורות המלא בעת שימוש בתרמיסטור. למעשה, הקפידו לבדוק את תנאי ההפעלה המציינים את דיוק החיישן.
בבחירת IC, זכור כי ישנם מספר סוגים - בעלי יתרונות שונים ליישומי רכב שונים.
- תפוקה אנלוגית: התקנים כמו LMT87-Q1 (זמינים בכיתה AEC-Q100) הם פתרונות פשוטים, עם שלושה פינים, המציעים אפשרויות רווח מרובות כדי להתאים בצורה הטובה ביותר לממיר האנלוגי לדיגיטלי שבחרת (ADC), המאפשר לך לקבוע את הרזולוציה הכוללת. אתה גם מקבל את היתרון של צריכת חשמל נמוכה ההפעלה היא עקבית יחסית בטווח הטמפרטורות לעומת תרמיסטור. פירוש הדבר שאינך צריך להחליף כוח לצורך ביצועי רעש.
- פלט דיגיטלי: כדי לפשט עוד יותר את יישום הניהול התרמי שלך, TI מציעה חיישני טמפרטורה דיגיטליים אשר יתקשרו ישירות לטמפרטורה על ממשקים כמו I²C או ממשק היקפי סידורי (SPI). לדוגמא, TMP102-Q1 יפקח על הטמפרטורה בדיוק של ± 3.0 מעלות צלזיוס מ -40 מעלות צלזיוס ל- + 125 מעלות צלזיוס ויתקשר ישירות את הטמפרטורה מעל I²C ל- MCU. זה מסיר לחלוטין את הצורך בכל סוג של טבלת חיפוש או חישוב המבוסס על פונקציה פולינומית. כמו כן, מכשיר LMT01-Q1 הוא חיישן טמפרטורה בעל 2 פינים ברמת דיוק גבוהה עם ממשק לולאת זרם דופק קל לשימוש, מה שהופך אותו למתאים ליישומי סיפון ולוח מחוץ לרכב.
- מתג טמפרטורה: רבים מהמתגים המוסמכים לרכב של TI מספקים אזהרות פשוטות ואמינות לטמפרטורת יתר, למשל TMP302-Q1. אך אם ערך הערך הטמפרטורה האנלוגי מעניק למערכת שלך אינדיקטור מוקדם שתוכל להשתמש בו כדי להחזיר פעולה מוגבלת לפני שתגיע לטמפרטורה קריטית. תת-מערכות EV יכולות ליהנות גם מסף הניתן לתכנות, מטווח טמפרטורות הפעלה רחב במיוחד ואמינות גבוהה מאימות תפעולי במעגל של ה- LM57-Q1 עקב סביבת ההפעלה הקשה (שני מערכות ה- IC זמינות בכיתה AEC-Q100). לתיק מלא של חלקי חיישני טמפרטורה מבוססי IC, תוכלו לבקר בכתובת:
ברוב מערכות המשנה EV, MCU מבודד ממתגי הפעלה ומרכיבים אחרים אשר הטמפרטורה שלהם מורגשת. ניתן לבודד נתונים המגיעים מחיישן טמפרטורה של פלט דיגיטלי באמצעות מבדדים דיגיטליים פשוטים כמו משפחת התקנים ISO77xx-Q1 מ- TI. על בסיס מספר קווי התקשורת הדיגיטליים המבודדים הנדרשים והבידוד ניתן לבחור חלק מתאים מכאן:
להלן דיאגרמת חסימות של עיצוב התייחסות TIDA-00752 המספק פלט דופק דיגיטלי מעל מחסום בידוד.
לסיכום, תרמיסטורים NTC משמשים לעתים קרובות לניטור הטמפרטורה, אך תגובת הטמפרטורה הלא לינארית שלהם יכולה להוכיח בעייתית לפתרונות רכב. פתרונות חיישני הטמפרטורה האנלוגיים והדיגיטליים של TI מאפשרים לך לפקח בצורה מדויקת ובקלות על הטמפרטורה של מערכות רכב רבות.
על הסופר
