Produsen otomotif di seluruh dunia berfokus pada elektrifikasi kendaraan. Ada kebutuhan agar mobil mengisi daya lebih cepat dan memiliki jangkauan yang lebih luas dengan sekali pengisian daya. Artinya, rangkaian kelistrikan dan elektronik di dalam kendaraan harus mampu menangani daya yang sangat tinggi dan mengelola kerugian secara efektif. Ada kebutuhan akan solusi manajemen termal yang kuat untuk memastikan bahwa aplikasi yang sangat penting untuk keselamatan tetap beroperasi.
Selain panas yang dihasilkan oleh kendaraan itu sendiri, pikirkan semua toleransi termal yang harus dimiliki mobil Anda dan elektroniknya untuk menangani rentang suhu lingkungan yang luas. Misalnya, di wilayah terdingin India menghadapi suhu jauh di bawah 0 ° C selama musim dingin dan bisa melebihi 45 ° C selama musim panas di beberapa wilayah lain.
Setiap subsistem dalam Kendaraan Listrik (EV) membutuhkan pemantauan suhu. Pengisi daya on board, konverter DC / DC, dan kontrol Inverter / motor memerlukan kontrol yang aman dan efisien untuk melindungi sakelar daya (MOSFET / IGBT / SiC). Sistem manajemen baterai (BMS) juga memerlukan resolusi halus dari pengukuran suhu pada level sel. Salah satu komponen yang harus akurat pada suhu ekstrim untuk melindungi sistem tidak diragukan lagi adalah sensor suhu. Informasi suhu yang akurat memungkinkan prosesor untuk mengimbangi suhu sistem sehingga modul elektronik dapat mengoptimalkan kinerjanya dan memaksimalkan keandalannya dalam kondisi berkendara apa pun. Ini termasuk penginderaan suhu dari sakelar daya, komponen magnet daya, heat sink, PCB, dll. Data suhu juga membantu menjalankan sistem pendingin secara terkontrol.
Koefisien suhu negatif (NTC) dan PTC (koefisien suhu positif) termistor adalah beberapa perangkat yang paling umum digunakan untuk memantau suhu. NTC adalah resistor pasif, dan resistansi NTC bervariasi dengan suhu. Lebih khusus lagi, saat suhu lingkungan di sekitar NTC meningkat, resistansi NTC menurun. Insinyur akan menempatkan NTC ke dalam pembagi tegangan dengan sinyal keluaran pembagi tegangan dibaca ke saluran konverter analog-ke-digital (ADC) dari mikrokontroler (MCU).
Namun, ada beberapa karakteristik NTC yang dapat mempersulit penggunaan di lingkungan otomotif. Seperti disebutkan sebelumnya, resistansi NTC bervariasi berbanding terbalik dengan suhu, tetapi hubungannya tidak linier. Gambar di bawah ini menunjukkan contoh pembagi tegangan berbasis NTC.
Saat Anda mempertimbangkan panas yang dihasilkan dari berbagai subsistem dalam EV dan iklim yang ada di berbagai wilayah di dunia, jelaslah bahwa komponen semikonduktor kendaraan akan terpapar pada berbagai suhu (-40 ° C hingga 150 ° C). Pada rentang suhu yang luas, perilaku nonlinier NTC akan mempersulit pengurangan kesalahan saat Anda menerjemahkan pembacaan tegangan ke pengukuran suhu aktual. Kesalahan yang diperkenalkan dari kurva nonlinier NTC menurunkan akurasi pembacaan suhu berbasis NTC.
Sensor suhu IC keluaran analog akan memiliki respon yang lebih linier jika dibandingkan dengan NTC seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Dan MCU dapat dengan mudah menerjemahkan voltase menjadi data suhu dengan lebih akurat dan cepat. Terakhir, IC sensor suhu analog sering kali memiliki sensitivitas suhu yang lebih tinggi pada suhu tinggi dibandingkan dengan NTC. Sensor suhu IC berbagi kategori pasar dengan teknologi penginderaan lain seperti termistor, detektor suhu resistansi (RTD), dan termokopel, tetapi IC memiliki beberapa manfaat penting ketika akurasi yang baik diperlukan pada suhu yang luas seperti rentang AEC-Q100 Grade 0 (-40 ° C) hingga 150 ° C). Pertama, batas akurasi sensor suhu IC diberikan dalam derajat Celcius dalam lembar data di seluruh rentang operasi; sebaliknya,termistor koefisien suhu negatif (NTC) khas hanya dapat menentukan akurasi resistansi dalam persen pada satu titik suhu. Anda kemudian perlu menghitung dengan cermat keakuratan sistem total untuk kisaran suhu penuh saat menggunakan termistor. Faktanya, berhati-hatilah untuk memeriksa kondisi pengoperasian dengan menentukan akurasi sensor apa pun.
Saat memilih IC, perlu diingat bahwa ada beberapa jenis - dengan berbagai manfaat untuk aplikasi otomotif yang berbeda.
- Output analog: Perangkat seperti LMT87-Q1 (tersedia dalam AEC-Q100 Grade 0) sederhana, solusi tiga pin yang menawarkan beberapa opsi penguatan agar paling cocok dengan konverter analog-ke-digital (ADC) pilihan Anda, yang memungkinkan Anda menentukan resolusi keseluruhan. Anda juga mendapatkan keuntungan dari konsumsi daya operasi rendah yang secara komparatif konsisten pada kisaran suhu vs. termistor. Ini berarti Anda tidak perlu mengorbankan daya untuk kinerja kebisingan.
- Output digital: Untuk lebih menyederhanakan implementasi manajemen termal Anda, TI menawarkan sensor suhu digital yang akan langsung mengkomunikasikan suhu melalui antarmuka seperti I²C atau Serial Peripheral Interface (SPI). Misalnya, TMP102-Q1 akan memantau suhu dengan akurasi ± 3,0 ° C dari -40 ° C hingga + 125 ° C dan langsung mengkomunikasikan suhu melalui I²C ke MCU. Ini sepenuhnya menghilangkan kebutuhan akan segala jenis tabel pencarian atau kalkulasi berdasarkan fungsi polinomial. Selain itu, perangkat LMT01-Q1 adalah sensor suhu 2-pin dengan akurasi tinggi dengan antarmuka loop arus hitung pulsa yang mudah digunakan, yang membuatnya cocok untuk aplikasi onboard dan off-board dalam otomotif.
- Sakelar suhu: Banyak sakelar berkualifikasi otomotif TI memberikan peringatan suhu berlebih yang sederhana dan andal, misalnya TMP302-Q1. Tetapi memiliki nilai suhu analog memberi sistem Anda indikator awal yang dapat Anda gunakan untuk mengurangi ke operasi terbatas sebelum mencapai suhu kritis. Subsistem EV juga dapat memanfaatkan ambang batas yang dapat diprogram, kisaran suhu pengoperasian yang sangat lebar, dan keandalan yang tinggi dari verifikasi operasional dalam sirkuit pada LM57-Q1 karena lingkungan pengoperasian yang keras (kedua IC tersedia dalam AEC-Q100 Grade 0). Untuk portofolio lengkap bagian sensor suhu berbasis IC, Anda dapat mengunjungi:
Di sebagian besar subsistem EV, MCU diisolasi dari sakelar daya dan komponen lain yang suhunya sedang dirasakan. Data yang berasal dari sensor suhu keluaran digital dapat dengan mudah diisolasi menggunakan isolator digital sederhana seperti rangkaian perangkat ISO77xx-Q1 dari TI. Berdasarkan jumlah jalur komunikasi digital yang diperlukan dan isolasi, bagian yang sesuai dapat dipilih dari sini:
Di bawah ini adalah diagram blok desain referensi TIDA-00752 yang memberikan output pulsa digital melalui penghalang isolasi.
Singkatnya, termistor NTC sering digunakan untuk memantau suhu, tetapi respons suhu nonliniernya dapat menjadi masalah untuk solusi otomotif. Solusi sensor suhu analog dan digital TI memungkinkan Anda memantau suhu secara akurat dan mudah di banyak sistem otomotif.
tentang Penulis
