Los fabricantes de automóviles de todo el mundo se centran en la electrificación de vehículos. Existe la necesidad de que los automóviles se carguen más rápidamente y tengan un alcance más extendido con una sola carga. Esto implica que el circuito eléctrico y electrónico dentro del vehículo debe poder manejar potencia extremadamente alta y manejar las pérdidas de manera efectiva. Se necesitan soluciones sólidas de gestión térmica para garantizar que las aplicaciones críticas para la seguridad sigan funcionando.
Además del calor producido por el vehículo por sí mismo, solo piense en toda la tolerancia térmica que su automóvil y sus componentes electrónicos deben tener para manejar amplios rangos de temperatura ambiente. Por ejemplo, en la India, las regiones más frías enfrentan temperaturas muy por debajo de 0 ° C durante el invierno y podrían superar los 45 ° C durante el verano en algunas otras regiones.
Cada subsistema dentro de un vehículo eléctrico (EV) requiere monitoreo de temperatura. El cargador integrado, el convertidor CC / CC y el control del inversor / motor requieren un control seguro y eficiente para proteger el interruptor de alimentación (MOSFET / IGBT / SiC). Los sistemas de gestión de baterías (BMS) también requieren una resolución fina de la medición de temperatura a nivel de celda. El único componente que debe ser preciso a temperaturas extremas para proteger el sistema es sin duda el sensor de temperatura. La información de temperatura precisa permite al procesador compensar la temperatura del sistema para que los módulos electrónicos puedan optimizar su rendimiento y maximizar su confiabilidad sin importar las condiciones de manejo. Esto incluye la detección de temperatura de interruptores de potencia, componentes magnéticos de potencia, disipadores de calor, PCB, etc. Los datos de temperatura también ayudan a hacer funcionar el sistema de enfriamiento de manera controlada.
Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) y PTC (coeficiente de temperatura positivo) se encuentran entre los dispositivos más comunes utilizados para monitorear las temperaturas. El NTC es una resistencia pasiva y la resistencia de un NTC varía con la temperatura. Más específicamente, a medida que aumenta la temperatura ambiente alrededor de un NTC, la resistencia del NTC disminuye. Los ingenieros colocarán el NTC en un divisor de voltaje con la señal de salida del divisor de voltaje leída en el canal del convertidor analógico a digital (ADC) de un microcontrolador (MCU).
Sin embargo, hay algunas características de NTC que pueden dificultar su uso en un entorno automotriz. Como se mencionó anteriormente, la resistencia de un NTC varía inversamente con la temperatura, pero la relación no es lineal. La figura siguiente muestra un ejemplo de un divisor de voltaje típico basado en NTC.
Cuando se considera el calor generado por varios subsistemas dentro de los vehículos eléctricos y los climas que existen en diferentes regiones del mundo, queda claro que los componentes semiconductores de un vehículo estarán expuestos a un amplio rango de temperaturas (-40 ° C a 150 ° C). En un amplio rango de temperatura, el comportamiento no lineal del NTC dificultará la reducción de errores al traducir una lectura de voltaje en una medición de temperatura real. El error introducido por la curva no lineal de un NTC reduce la precisión de cualquier lectura de temperatura basada en NTC.
Un sensor de temperatura IC de salida analógica tendrá una respuesta más lineal en comparación con los NTC como se muestra en la figura anterior. Y MCU puede traducir fácilmente el voltaje en datos de temperatura con más precisión y velocidad. Finalmente, los circuitos integrados de sensores de temperatura analógicos a menudo tienen una sensibilidad superior a la temperatura a altas temperaturas en comparación con los NTC. Los sensores de temperatura IC comparten una categoría de mercado con otras tecnologías de detección como termistores, detectores de temperatura de resistencia (RTD) y termopares, pero los IC tienen algunos beneficios importantes cuando se requiere una buena precisión en temperaturas amplias como el rango AEC-Q100 Grado 0 (-40 ° C hasta 150 ° C). Primero, los límites de precisión de un sensor de temperatura IC se dan en grados Celsius en la hoja de datos en todo el rango operativo; Por el contrario,Un termistor típico de coeficiente de temperatura negativo (NTC) solo puede especificar la precisión de la resistencia en porcentaje en un solo punto de temperatura. Luego, deberá calcular cuidadosamente la precisión total del sistema para el rango de temperatura completo cuando utilice un termistor. De hecho, tenga cuidado de comprobar las condiciones de funcionamiento que especifican la precisión de cualquier sensor.
Al seleccionar un CI, tenga en cuenta que hay varios tipos, con varios méritos para diferentes aplicaciones automotrices.
- Salida analógica: dispositivos como el LMT87-Q1 (disponible en AEC-Q100 Grado 0) son soluciones simples de tres pines que ofrecen múltiples opciones de ganancia para adaptarse mejor a su convertidor analógico-digital (ADC) seleccionado, lo que le permite determinar la resolución general. También obtiene el beneficio de un bajo consumo de energía operativa que es comparativamente consistente en el rango de temperatura en comparación con un termistor. Esto significa que no tiene que sacrificar potencia por rendimiento de ruido.
- Salida digital: Para simplificar aún más la implementación de la gestión térmica, TI ofrece sensores de temperatura digitales que comunicarán directamente la temperatura a través de interfaces como I²C o Interfaz periférica en serie (SPI). Por ejemplo, TMP102-Q1 monitoreará la temperatura con una precisión de ± 3.0 ° C desde -40 ° C a + 125 ° C y comunicará directamente la temperatura sobre I²C a la MCU. Esto elimina por completo la necesidad de cualquier tipo de tabla de búsqueda o cálculo basado en una función polinomial. Además, el dispositivo LMT01-Q1 es un sensor de temperatura de 2 pines de alta precisión con una interfaz de bucle de corriente de conteo de pulsos fácil de usar, lo que lo hace adecuado para aplicaciones a bordo y fuera de bordo en la industria automotriz.
- Interruptor de temperatura: muchos de los interruptores calificados para automóviles de TI proporcionan advertencias de sobrecalentamiento simples y confiables, por ejemplo, TMP302-Q1. Pero tener el valor de temperatura analógica le da a su sistema un indicador temprano que puede usar para reducir a un funcionamiento limitado antes de llegar a una temperatura crítica. Los subsistemas de vehículos eléctricos también pueden beneficiarse de los umbrales programables, el rango de temperatura de funcionamiento ultra amplio y la alta fiabilidad de la verificación operativa en circuito del LM57-Q1 debido al duro entorno operativo (ambos circuitos integrados están disponibles en AEC-Q100 Grado 0). Para obtener una cartera completa de piezas de sensores de temperatura basados en IC, puede visitar:
En la mayoría de los subsistemas de vehículos eléctricos, la MCU está aislada de los interruptores de encendido y otros componentes cuya temperatura se detecta. Los datos que provienen de un sensor de temperatura de salida digital se pueden aislar fácilmente utilizando aisladores digitales simples como la familia de dispositivos ISO77xx-Q1 de TI. Según el número de líneas de comunicación digital aisladas necesarias y el aislamiento, se puede seleccionar una pieza adecuada desde aquí:
A continuación se muestra el diagrama de bloques del diseño de referencia TIDA-00752 que proporciona una salida de pulso digital sobre una barrera de aislamiento.
En resumen, los termistores NTC se usan a menudo para monitorear la temperatura, pero su respuesta de temperatura no lineal puede resultar problemática para las soluciones automotrices. Las soluciones de sensores de temperatura analógicos y digitales de TI le permiten monitorear con precisión y facilidad la temperatura de muchos sistemas automotrices.
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