Les constructeurs automobiles du monde entier se concentrent sur l'électrification des véhicules. Il est nécessaire que les voitures se rechargent plus rapidement et aient une autonomie plus étendue sur une seule charge. Cela implique que le circuit électrique et électronique du véhicule doit être capable de gérer une puissance extrêmement élevée et de gérer efficacement les pertes. Des solutions de gestion thermique robustes sont nécessaires pour garantir que les applications critiques pour la sécurité restent opérationnelles.
En plus de la chaleur produite par le véhicule par lui-même, il suffit de penser à toutes les tolérances thermiques que votre voiture et son électronique doivent avoir pour gérer de larges plages de températures ambiantes. Par exemple, en Inde, les régions les plus froides font face à des températures bien inférieures à 0 ° C en hiver et elles pourraient dépasser 45 ° C en été pour certaines autres régions.
Chaque sous-système d'un véhicule électrique (VE) nécessite une surveillance de la température. Le chargeur embarqué, le convertisseur CC / CC et la commande du variateur / moteur nécessitent un contrôle sûr et efficace pour protéger l'interrupteur d'alimentation (MOSFET / IGBT / SiC). Les systèmes de gestion de batterie (BMS) nécessitent également une résolution fine de la mesure de la température au niveau de la cellule. Le seul composant qui doit être précis à des températures extrêmes afin de protéger le système est sans aucun doute le capteur de température. Des informations de température précises permettent au processeur de compenser la température du système afin que les modules électroniques puissent optimiser leurs performances et maximiser leur fiabilité quelles que soient les conditions de conduite. Cela inclut la détection de la température des interrupteurs d'alimentation, des composants magnétiques de puissance, des dissipateurs de chaleur, des circuits imprimés, etc. Les données de température aident également à faire fonctionner le système de refroidissement de manière contrôlée.
Les thermistances à coefficient de température négatif (NTC) et PTC (coefficient de température positif) sont parmi les dispositifs les plus couramment utilisés pour surveiller les températures. Le NTC est une résistance passive et la résistance d'un NTC varie avec la température. Plus spécifiquement, à mesure que la température ambiante autour d'un NTC augmente, la résistance du NTC diminue. Les ingénieurs placeront le NTC dans un diviseur de tension avec le signal de sortie du diviseur de tension lu dans le canal du convertisseur analogique-numérique (ADC) d'un microcontrôleur (MCU).
Cependant, il existe quelques caractéristiques NTC qui peuvent rendre son utilisation difficile dans un environnement automobile. Comme mentionné précédemment, la résistance d'un NTC varie inversement avec la température, mais la relation est non linéaire. La figure ci-dessous montre un exemple de diviseur de tension basé sur NTC.
Lorsque l'on considère la chaleur générée par divers sous-systèmes au sein des VE et des climats qui existent dans différentes régions du monde, il devient clair que les composants semi-conducteurs d'un véhicule seront exposés à une large plage de températures (-40 ° C à 150 ° C). Sur une large plage de températures, le comportement non linéaire du NTC rendra difficile la réduction des erreurs lorsque vous traduisez une lecture de tension en une mesure de température réelle. L'erreur introduite à partir de la courbe non linéaire d'un NTC réduit la précision de toute lecture de température basée sur le NTC.
Un capteur de température IC à sortie analogique aura une réponse plus linéaire par rapport aux NTC, comme indiqué dans la figure ci-dessus. Et le MCU peut facilement traduire la tension en données de température avec plus de précision et de vitesse. Enfin, les circuits intégrés de capteurs de température analogiques ont souvent une sensibilité à la température supérieure à des températures élevées par rapport aux NTC. Les capteurs de température IC partagent une catégorie de marché avec d'autres technologies de détection telles que les thermistances, les détecteurs de température à résistance (RTD) et les thermocouples, mais les circuits intégrés présentent des avantages importants lorsqu'une bonne précision est requise sur de larges températures comme la plage AEC-Q100 Grade 0 (-40 ° C à 150 ° C). Premièrement, les limites de précision d'un capteur de température IC sont données en degrés Celsius dans la fiche technique sur toute la plage de fonctionnement; inversement,une thermistance à coefficient de température négatif (NTC) typique peut uniquement spécifier la précision de la résistance en pourcentage à un seul point de température. Vous devrez ensuite calculer soigneusement la précision totale du système pour toute la plage de température lors de l'utilisation d'une thermistance. En fait, veillez à vérifier les conditions de fonctionnement en spécifiant la précision de tout capteur.
Lors de la sélection d'un circuit intégré, gardez à l'esprit qu'il en existe plusieurs types - avec divers avantages pour différentes applications automobiles.
- Sortie analogique: les appareils comme le LMT87-Q1 (disponible en AEC-Q100 Grade 0) sont des solutions simples à trois broches qui offrent plusieurs options de gain pour correspondre au mieux au convertisseur analogique-numérique (ADC) sélectionné, ce qui vous permet déterminer la résolution globale. Vous bénéficiez également d'une faible consommation d'énergie de fonctionnement qui est comparativement constante sur la plage de température par rapport à une thermistance. Cela signifie que vous n'avez pas à échanger la puissance contre les performances sonores.
- Sortie numérique: pour simplifier davantage la mise en œuvre de la gestion thermique, TI propose des capteurs de température numériques qui communiqueront directement la température via des interfaces telles que I²C ou Serial Peripheral Interface (SPI). Par exemple, TMP102-Q1 surveillera la température avec une précision de ± 3,0 ° C de -40 ° C à + 125 ° C et communiquera directement la température sur I²C au MCU. Cela supprime complètement le besoin de toute sorte de table de consultation ou de calcul basé sur une fonction polynomiale. En outre, le dispositif LMT01-Q1 est un capteur de température à 2 broches de haute précision avec une interface de boucle de courant de comptage d'impulsions facile à utiliser, ce qui le rend adapté aux applications embarquées et non embarquées dans l'automobile.
- Interrupteur de température: de nombreux interrupteurs qualifiés pour l'automobile de TI fournissent des avertissements de surchauffe simples et fiables, par exemple TMP302-Q1. Mais avoir la valeur de température analogique donne à votre système un indicateur précoce que vous pouvez utiliser pour revenir à un fonctionnement limité avant d'atteindre une température critique. Les sous-systèmes EV peuvent également bénéficier des seuils programmables, de la plage de températures de fonctionnement ultra-large et de la haute fiabilité de la vérification opérationnelle en circuit du LM57-Q1 en raison de l'environnement de fonctionnement difficile (les deux circuits intégrés sont disponibles en AEC-Q100 Grade 0). Pour une gamme complète de pièces de capteurs de température à base de circuits intégrés, vous pouvez visiter:
Dans la plupart des sous-systèmes EV, le MCU est isolé des interrupteurs d'alimentation et des autres composants dont la température est détectée. Les données provenant d'un capteur de température de sortie numérique peuvent être facilement isolées à l'aide de simples isolateurs numériques comme la famille d'appareils ISO77xx-Q1 de TI. En fonction du nombre de lignes de communication numériques isolées requises et de l'isolation, une pièce appropriée peut être sélectionnée ici:
Vous trouverez ci-dessous un schéma de principe de la conception de référence TIDA-00752 qui fournit une sortie d'impulsion numérique sur une barrière d'isolation.
En résumé, les thermistances NTC sont souvent utilisées pour surveiller la température, mais leur réponse en température non linéaire peut s'avérer problématique pour les solutions automobiles. Les solutions de capteurs de température analogiques et numériques de TI vous permettent de surveiller à la fois précisément et facilement la température de nombreux systèmes automobiles.
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