يركز مصنعو السيارات في جميع أنحاء العالم على كهربة المركبات. هناك حاجة لشحن السيارات بسرعة أكبر وأن يكون لها نطاق ممتد بشحنة واحدة. هذا يعني أن الدائرة الكهربائية والإلكترونية داخل السيارة يجب أن تكون قادرة على التعامل مع الطاقة العالية للغاية وإدارة الخسائر بفعالية. هناك حاجة إلى حلول إدارة حرارية قوية لضمان استمرار تشغيل تطبيقات السلامة الحرجة.
بالإضافة إلى الحرارة التي تنتجها السيارة بمفردها ، فكر فقط في كل التحمل الحراري الذي يجب أن تتمتع به سيارتك وأجهزتها الإلكترونية من أجل التعامل مع نطاقات درجة حرارة محيطة واسعة. على سبيل المثال ، تواجه المناطق الأكثر برودة في الهند درجة حرارة أقل بكثير من 0 درجة مئوية خلال فصل الشتاء ويمكن أن تتجاوز 45 درجة مئوية خلال فصل الصيف في بعض المناطق الأخرى.
يتطلب كل نظام فرعي داخل مركبة كهربائية (EV) مراقبة درجة الحرارة. يتطلب الشاحن الموجود على اللوحة ومحول التيار المستمر / التيار المستمر والتحكم في العاكس / المحرك تحكمًا آمنًا وفعالًا لحماية مفتاح الطاقة (MOSFET / IGBT / SiC). تتطلب أنظمة إدارة البطارية (BMS) أيضًا دقة دقة قياس درجة الحرارة على مستوى الخلية. المكون الوحيد الذي يجب أن يكون دقيقًا في درجات الحرارة القصوى من أجل حماية النظام هو بلا شك مستشعر درجة الحرارة. تسمح معلومات درجة الحرارة الدقيقة للمعالج بتعويض درجة حرارة النظام بحيث يمكن للوحدات الإلكترونية تحسين أدائها وزيادة موثوقيتها بغض النظر عن ظروف القيادة. وهذا يشمل استشعار درجة الحرارة لمفاتيح الطاقة ، ومكونات الطاقة المغناطيسية ، والمشتتات الحرارية ، وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وما إلى ذلك. تساعد بيانات درجة الحرارة أيضًا على تشغيل نظام التبريد بطريقة محكومة.
يعتبر معامل درجة الحرارة السالبة (NTC) و الثرمستورات PTC (معامل درجة الحرارة الإيجابية) من بين الأجهزة الأكثر شيوعًا المستخدمة لمراقبة درجات الحرارة. NTC هو المقاوم السلبي ، ومقاومة NTC تختلف مع درجة الحرارة. وبشكل أكثر تحديدًا ، مع زيادة درجة الحرارة المحيطة حول NTC ، تقل مقاومة NTC. سيضع المهندسون NTC في مقسم جهد مع قراءة إشارة خرج مقسم الجهد في قناة المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) لمتحكم دقيق (MCU).
ومع ذلك ، هناك بعض خصائص NTC التي يمكن أن تجعل من الصعب استخدامها في بيئة السيارات. كما ذكرنا سابقًا ، تختلف مقاومة NTC عكسًا مع درجة الحرارة ، لكن العلاقة غير خطية. يوضح الشكل أدناه مثالاً لمقسم جهد نموذجي قائم على NTC.
عندما تفكر في الحرارة المتولدة من أنظمة فرعية مختلفة داخل المركبات الكهربائية والمناخات الموجودة في مناطق مختلفة من العالم ، يصبح من الواضح أن مكونات أشباه الموصلات في السيارة ستتعرض لمجموعة واسعة من درجات الحرارة (-40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية). على مدى نطاق واسع من درجات الحرارة ، فإن السلوك غير الخطي لـ NTC سيجعل من الصعب تقليل الأخطاء أثناء ترجمة قراءة الجهد إلى قياس درجة الحرارة الفعلي. الخطأ الناتج من منحنى غير خطي لـ NTC يقلل من دقة أي قراءة لدرجة الحرارة تعتمد على NTC.
سيكون لمستشعر درجة حرارة IC الناتج التناظري استجابة خطية أكثر عند مقارنته بـ NTC كما هو موضح في الشكل أعلاه. ويمكن لـ MCU بسهولة ترجمة الجهد إلى بيانات درجة الحرارة بمزيد من الدقة والسرعة. أخيرًا ، غالبًا ما تتمتع الدوائر المتكاملة لمستشعر درجة الحرارة التناظرية بحساسية أعلى لدرجة الحرارة عند درجات الحرارة العالية مقارنةً بـ NTC. تشترك مستشعرات درجة الحرارة IC في فئة السوق مع تقنيات الاستشعار الأخرى مثل الثرمستورات وكاشفات درجة حرارة المقاومة (RTD) والمزدوجات الحرارية ، لكن الدوائر المتكاملة لها بعض الفوائد المهمة عندما تكون الدقة الجيدة مطلوبة على درجات حرارة واسعة مثل نطاق AEC-Q100 من الدرجة 0 (-40 درجة مئوية) إلى 150 درجة مئوية). أولاً ، يتم تحديد حدود الدقة لمستشعر درجة حرارة IC بالدرجات المئوية في ورقة البيانات عبر نطاق التشغيل الكامل ؛ بالعكسقد يحدد الثرمستور ذو معامل درجة الحرارة السلبية النموذجي (NTC) دقة المقاومة فقط بالنسبة المئوية عند نقطة درجة حرارة واحدة. ستحتاج بعد ذلك إلى حساب دقة النظام الإجمالية بعناية لنطاق درجة الحرارة الكاملة عند استخدام الثرمستور. في الواقع ، احرص على التحقق من ظروف التشغيل مع تحديد دقة أي جهاز استشعار.
عند اختيار IC ، ضع في اعتبارك أن هناك عدة أنواع - لها مزايا مختلفة لتطبيقات السيارات المختلفة.
- وحدة المعالجة المركزية التناظرية t: تعد الأجهزة مثل LMT87-Q1 (المتوفرة في AEC-Q100 Grade 0) حلولًا بسيطة ثلاثية الأطراف توفر خيارات كسب متعددة لتتناسب بشكل أفضل مع المحول التناظري إلى الرقمي المحدد (ADC) ، والذي يتيح لك تحديد القرار العام. يمكنك أيضًا الاستفادة من استهلاك طاقة التشغيل المنخفض المتسق نسبيًا على نطاق درجة الحرارة مقابل الثرمستور. هذا يعني أنه ليس عليك مقايضة الطاقة بأداء الضوضاء.
- الإخراج الرقمي: لتبسيط تنفيذ الإدارة الحرارية بشكل أكبر ، توفر TI مستشعرات درجة حرارة رقمية من شأنها توصيل درجة الحرارة مباشرة عبر واجهات مثل I²C أو الواجهة الطرفية التسلسلية (SPI). على سبيل المثال ، سيقوم TMP102-Q1 بمراقبة درجة الحرارة بدقة ± 3.0 درجة مئوية من -40 درجة مئوية إلى + 125 درجة مئوية وإرسال درجة الحرارة فوق I²C مباشرة إلى MCU. هذا يزيل تمامًا الحاجة إلى أي نوع من جدول البحث أو الحساب بناءً على دالة متعددة الحدود. أيضًا ، جهاز LMT01-Q1 عبارة عن مستشعر درجة حرارة عالي الدقة ثنائي المسامير مع واجهة حلقة تكرارية سهلة الاستخدام ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات على متن السيارة وخارجها في السيارات.
- مفتاح درجة الحرارة: توفر العديد من مفاتيح TI المؤهلة للسيارات تحذيرات بسيطة وموثوقة بشأن درجة الحرارة الزائدة ، على سبيل المثال TMP302-Q1. لكن الحصول على قيمة درجة الحرارة التناظرية يمنح نظامك مؤشرًا مبكرًا يمكنك استخدامه لتقليص التشغيل المحدود قبل الوصول إلى درجة حرارة حرجة. يمكن أن تستفيد الأنظمة الفرعية للمركبات الكهربائية أيضًا من العتبات القابلة للبرمجة ، ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع للغاية والموثوقية العالية من التحقق التشغيلي داخل الدائرة لـ LM57-Q1 نظرًا لبيئة التشغيل القاسية (كلاهما متاحان في AEC-Q100 Grade 0). للحصول على مجموعة كاملة من أجزاء مستشعر درجة الحرارة المعتمدة على IC ، يمكنك زيارة:
في معظم الأنظمة الفرعية للمركبات الكهربائية ، يتم عزل MCU عن مفاتيح الطاقة والمكونات الأخرى التي يتم استشعار درجة الحرارة فيها. يمكن عزل البيانات الواردة من مستشعر درجة حرارة الإخراج الرقمي بسهولة باستخدام عوازل رقمية بسيطة مثل مجموعة أجهزة ISO77xx-Q1 من TI. بناءً على عدد خطوط الاتصال الرقمية المعزولة المطلوبة والعزل يمكن اختيار جزء مناسب من هنا:
يوجد أدناه مخطط كتلة للتصميم المرجعي TIDA-00752 والذي يوفر إخراج نبضي رقمي عبر حاجز عزل.
باختصار ، غالبًا ما تستخدم الثرمستورات NTC لمراقبة درجة الحرارة ، لكن استجابتها لدرجة الحرارة غير الخطية يمكن أن تكون مشكلة بالنسبة لحلول السيارات. تتيح لك حلول مستشعر درجة الحرارة التناظرية والرقمية من TI إمكانية مراقبة درجة حرارة العديد من أنظمة السيارات بدقة وسهولة.
عن المؤلف
