Os fabricantes automotivos em todo o mundo estão focados na eletrificação de veículos. É necessário que os carros carreguem mais rapidamente e tenham um alcance mais extenso com uma única carga. Isso implica que o circuito elétrico e eletrônico dentro do veículo deve ser capaz de lidar com uma potência extremamente alta e gerenciar as perdas de forma eficaz. Há uma necessidade de soluções robustas de gerenciamento térmico para garantir que os aplicativos críticos de segurança permaneçam operacionais.
Além do calor produzido pelo próprio veículo, basta pensar em toda a tolerância térmica que seu carro e sua eletrônica devem ter para lidar com amplas faixas de temperatura ambiente. Por exemplo, na Índia, as regiões mais frias enfrentam temperaturas muito abaixo de 0 ° C durante o inverno e podem ultrapassar 45 ° C durante o verão para algumas outras regiões.
Cada subsistema dentro de um veículo elétrico (EV) requer monitoramento de temperatura. O carregador integrado, o conversor DC / DC e o controle do inversor / motor requerem um controle seguro e eficiente para proteger a chave liga / desliga (MOSFET / IGBT / SiC). Os sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) também exigem resolução precisa da medição de temperatura no nível da célula. O único componente que deve ser preciso em temperaturas extremas para proteger o sistema é, sem dúvida, o sensor de temperatura. Informações precisas sobre a temperatura permitem que o processador compense a temperatura do sistema para que os módulos eletrônicos possam otimizar seu desempenho e maximizar sua confiabilidade, independentemente das condições de condução. Isso inclui a detecção de temperatura de interruptores de energia, componentes magnéticos de energia, dissipadores de calor, PCB, etc. Os dados de temperatura também ajudam a operar o sistema de resfriamento de maneira controlada.
Termistores com coeficiente de temperatura negativo (NTC) e PTC (coeficiente de temperatura positivo) estão entre os dispositivos mais comuns usados para monitorar temperaturas. O NTC é um resistor passivo e a resistência de um NTC varia com a temperatura. Mais especificamente, à medida que a temperatura ambiente em torno de um NTC aumenta, a resistência do NTC diminui. Os engenheiros colocarão o NTC em um divisor de tensão com o sinal de saída do divisor de tensão lido no canal do conversor analógico-digital (ADC) de um microcontrolador (MCU).
No entanto, existem algumas características NTC que podem dificultar o uso em um ambiente automotivo. Como mencionado anteriormente, a resistência de um NTC varia inversamente com a temperatura, mas a relação não é linear. A figura abaixo mostra um exemplo de um divisor de tensão baseado em NTC típico.
Quando você considera o calor gerado por vários subsistemas dentro de EV e climas que existem em diferentes regiões do mundo, fica claro que os componentes semicondutores de um veículo serão expostos a uma ampla faixa de temperaturas (-40 ° C a 150 ° C). Em uma ampla faixa de temperatura, o comportamento não linear do NTC dificultará a redução de erros ao converter uma leitura de tensão em uma medição de temperatura real. O erro introduzido pela curva não linear de um NTC reduz a precisão de qualquer leitura de temperatura baseada em NTC.
Um sensor de temperatura IC de saída analógica terá uma resposta mais linear quando comparado aos NTCs, conforme mostrado na figura acima. E o MCU pode traduzir facilmente a tensão em dados de temperatura com mais precisão e velocidade. Por fim, os CIs de sensores analógicos de temperatura costumam ter sensibilidade superior à temperatura em altas temperaturas em comparação com os NTCs. Os sensores de temperatura IC compartilham uma categoria de mercado com outras tecnologias de detecção, como termistores, detectores de temperatura por resistência (RTD) e termopares, mas os ICs têm alguns benefícios importantes quando uma boa precisão é necessária em temperaturas amplas, como a faixa AEC-Q100 Grau 0 (-40 ° C a 150 ° C). Primeiro, os limites de precisão de um sensor de temperatura IC são fornecidos em graus Celsius na folha de dados em toda a faixa operacional; inversamente,um termistor de coeficiente de temperatura negativa (NTC) típico pode especificar apenas a precisão da resistência em porcentagem em um único ponto de temperatura. Em seguida, você precisaria calcular cuidadosamente a precisão total do sistema para toda a faixa de temperatura ao usar um termistor. Na verdade, tenha o cuidado de verificar as condições de operação especificando a precisão de qualquer sensor.
Ao selecionar um CI, lembre-se de que existem vários tipos - com vários méritos para diferentes aplicações automotivas.
- Saída analógica: dispositivos como o LMT87-Q1 (disponível em AEC-Q100 Grau 0) são soluções simples de três pinos que oferecem várias opções de ganho para combinar melhor com seu conversor analógico-digital (ADC) selecionado, que permite determinar a resolução geral. Você também obtém o benefício de baixo consumo de energia operacional que é comparativamente consistente na faixa de temperatura em comparação com um termistor. Isso significa que você não precisa trocar a potência pelo desempenho de ruído.
- Saída digital: Para simplificar ainda mais a implementação do gerenciamento térmico, a TI oferece sensores de temperatura digitais que comunicarão diretamente a temperatura por meio de interfaces como I²C ou Interface Periférica Serial (SPI). Por exemplo, o TMP102-Q1 monitorará a temperatura com uma precisão de ± 3,0 ° C de -40 ° C a + 125 ° C e comunicará diretamente a temperatura acima de I²C ao MCU. Isso elimina completamente a necessidade de qualquer tipo de tabela de pesquisa ou cálculo com base em uma função polinomial. Além disso, o dispositivo LMT01-Q1 é um sensor de temperatura de 2 pinos de alta precisão com uma interface de loop de corrente de contagem de pulso fácil de usar, o que o torna adequado para aplicações internas e externas no setor automotivo.
- Interruptor de temperatura: Muitos dos interruptores qualificados para automóveis da TI fornecem avisos de superaquecimento simples e confiáveis, por exemplo, TMP302-Q1. Mas ter o valor analógico da temperatura fornece ao seu sistema um indicador antecipado que você pode usar para reduzir a operação limitada antes de chegar a uma temperatura crítica. Os subsistemas EV também podem se beneficiar dos limites programáveis, faixa de temperatura operacional ultra-ampla e alta confiabilidade da verificação operacional no circuito do LM57-Q1 devido ao ambiente operacional hostil (ambos os ICs estão disponíveis em AEC-Q100 Grau 0). Para um portfólio completo de peças de sensores de temperatura baseados em IC, você pode visitar:
Na maioria dos subsistemas EV, o MCU é isolado dos interruptores de alimentação e outros componentes cuja temperatura está sendo detectada. Os dados provenientes de um sensor de temperatura de saída digital podem ser facilmente isolados usando isoladores digitais simples, como a família de dispositivos ISO77xx-Q1 da TI. Com base no número de linhas de comunicação digital isoladas necessárias e no isolamento, uma parte adequada pode ser selecionada aqui:
Abaixo está o diagrama de blocos do design de referência TIDA-00752 que fornece saída de pulso digital através de uma barreira de isolamento.
Em resumo, os termistores NTC são freqüentemente usados para monitorar a temperatura, mas sua resposta não linear à temperatura pode ser problemática para soluções automotivas. As soluções de sensores de temperatura analógicos e digitais da TI permitem que você monitore com precisão e facilidade a temperatura de muitos sistemas automotivos.
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