전 세계의 자동차 제조업체는 차량 전기 화에 주력하고 있습니다. 자동차가 더 빨리 충전되고 한 번의 충전으로 더 넓은 범위를 가질 필요가 있습니다. 이는 차량 내 전기 및 전자 회로가 매우 높은 전력을 처리하고 손실을 효과적으로 관리 할 수 있어야 함을 의미합니다. 안전에 중요한 애플리케이션이 계속 작동하도록 보장하려면 강력한 열 관리 솔루션이 필요합니다.
차량 자체에서 발생하는 열 외에도 넓은 주변 온도 범위를 처리하기 위해 자동차와 전자 제품이 가져야하는 모든 열 내성을 생각해보십시오. 예를 들어, 인도에서 가장 추운 지역은 겨울 동안 0 ° C보다 훨씬 낮은 온도에 직면하고 일부 다른 지역에서는 여름 동안 45 ° C를 초과 할 수 있습니다.
EV (전기 자동차) 내의 각 하위 시스템에는 온도 모니터링이 필요합니다. 온보드 충전기, DC / DC 컨버터 및 인버터 / 모터 제어에는 전원 스위치 (MOSFET / IGBT / SiC)를 보호하기 위해 안전하고 효율적인 제어가 필요합니다. 배터리 관리 시스템 (BMS)은 또한 셀 수준에서 정밀한 온도 측정 분해능을 필요로합니다. 시스템을 보호하기 위해 극한의 온도에서 정확해야하는 한 가지 구성 요소는 의심 할 여지없이 온도 센서입니다. 정확한 온도 정보를 통해 프로세서는 시스템 온도를 보상하여 전자 모듈이 운전 조건에 관계없이 성능을 최적화하고 신뢰성을 극대화 할 수 있습니다. 여기에는 전원 스위치, 전력 자기 부품, 방열판, PCB 등의 온도 감지가 포함됩니다. 온도 데이터는 제어 된 방식으로 냉각 시스템을 실행하는데도 도움이됩니다.
음의 온도 계수 (NTC) 및 PTC (양의 온도 계수) 서미스터는 온도를 모니터링하는 데 사용되는 가장 일반적인 장치 중 하나입니다. NTC는 수동 저항이며 NTC의 저항은 온도에 따라 달라집니다. 보다 구체적으로 NTC 주변의 주변 온도가 증가하면 NTC의 저항이 감소합니다. 엔지니어는 전압 분배기의 출력 신호를 마이크로 컨트롤러 (MCU)의 아날로그-디지털 컨버터 (ADC) 채널로 읽어 들인 전압 분배기에 NTC를 배치합니다.
그러나 자동차 환경에서 사용하기 어려울 수있는 몇 가지 NTC 특성이 있습니다. 앞서 언급했듯이 NTC의 저항은 온도에 따라 반비례하지만 관계는 비선형입니다. 아래 그림은 일반적인 NTC 기반 전압 분배기의 예를 보여줍니다.
EV 내의 다양한 하위 시스템에서 발생하는 열과 세계의 다른 지역에 존재하는 기후를 고려하면 차량의 반도체 부품이 광범위한 온도 (-40 ° C ~ 150 ° C)에 노출된다는 것이 분명해집니다. 넓은 온도 범위에서 NTC의 비선형 동작으로 인해 전압 판독 값을 실제 온도 측정으로 변환 할 때 오류를 줄이기가 어렵습니다. NTC의 비선형 곡선에서 발생하는 오류는 NTC 기반 온도 판독의 정확도를 낮 춥니 다.
아날로그 출력 IC 온도 센서는 위의 그림과 같이 NTC와 비교할 때 더 선형적인 반응을 보입니다. 또한 MCU는보다 정확하고 빠르게 전압을 온도 데이터로 쉽게 변환 할 수 있습니다. 마지막으로 아날로그 온도 센서 IC는 종종 NTC에 비해 고온에서 우수한 온도 감도를 갖습니다. IC 온도 센서는 서미스터, 저항 온도 감지기 (RTD) 및 열전대와 같은 다른 감지 기술과 시장 범주를 공유하지만, IC는 AEC-Q100 등급 0 범위 (-40 ° C)와 같은 넓은 온도에서 우수한 정확도가 필요한 경우 몇 가지 중요한 이점이 있습니다. 150 ° C까지). 첫째, IC 온도 센서의 정확도 한계는 전체 작동 범위에 걸쳐 데이터 시트에 섭씨로 표시됩니다. 거꾸로,일반적인 네거티브 온도 계수 (NTC) 서미스터는 단일 온도 지점에서 저항 정확도를 백분율로만 지정할 수 있습니다. 그런 다음 서미스터를 사용할 때 전체 온도 범위에 대한 전체 시스템 정확도를 신중하게 계산해야합니다. 실제로 센서의 정확도를 지정하는 작동 조건을주의 깊게 확인하십시오.
IC를 선택할 때 자동차 애플리케이션에 따라 다양한 장점이있는 여러 유형이 있음을 명심하십시오.
- 아날로그 출력: LMT87-Q1 (AEC-Q100 등급 0에서 사용 가능)과 같은 장치는 선택한 아날로그-디지털 변환기 (ADC)와 가장 잘 일치하는 여러 이득 옵션을 제공하는 간단한 3 핀 솔루션입니다. 전체 해상도를 결정합니다. 또한 서미스터에 비해 온도 범위에서 비교적 일관된 낮은 작동 전력 소비의 이점을 얻을 수 있습니다. 즉, 소음 성능을 위해 전원을 끌 필요가 없습니다.
- 디지털 출력: 열 관리 구현을 더욱 단순화하기 위해 TI는 I²C 또는 SPI (Serial Peripheral Interface)와 같은 인터페이스를 통해 온도를 직접 전달하는 디지털 온도 센서를 제공합니다. 예를 들어 TMP102-Q1은 -40 ° C ~ + 125 ° C에서 ± 3.0 ° C의 정확도로 온도를 모니터링하고 I²C를 통해 MCU에 직접 온도를 전달합니다. 따라서 다항식 함수를 기반으로하는 모든 종류의 룩업 테이블 또는 계산이 필요하지 않습니다. 또한 LMT01-Q1 장치는 사용하기 쉬운 펄스 카운트 전류 루프 인터페이스가있는 고정밀 2 핀 온도 센서로, 자동차의 온보드 및 오프 보드 애플리케이션에 적합합니다.
- 온도 스위치: TI의 자동차 인증 스위치 중 상당수는 TMP302-Q1과 같이 간단하고 신뢰할 수있는 과열 경고를 제공합니다. 그러나 아날로그 온도 값이 있으면 임계 온도에 도달하기 전에 제한된 작동으로 다시 축소하는 데 사용할 수있는 초기 표시기가 시스템에 제공됩니다. EV 서브 시스템은 또한 가혹한 작동 환경으로 인해 LM57-Q1의 회로 내 작동 검증을 통해 프로그래밍 가능한 임계 값, 매우 넓은 작동 온도 범위 및 높은 신뢰성의 이점을 누릴 수 있습니다 (두 IC 모두 AEC-Q100 등급 0에서 사용 가능). IC 기반 온도 센서 부품의 전체 포트폴리오를 보려면 http://www.ti.com/sensors/ temperature-sensors / products.html을 방문하십시오.
대부분의 EV 서브 시스템에서 MCU는 온도가 감지되는 전원 스위치 및 기타 구성 요소와 격리되어 있습니다. 디지털 출력 온도 센서에서 나오는 데이터는 TI의 ISO77xx-Q1 장치 제품군과 같은 간단한 디지털 절연기를 사용하여 쉽게 분리 할 수 있습니다. 필요한 격리 된 디지털 통신 라인의 수와 격리에 따라 여기에서 적절한 부품을 선택할 수 있습니다.
아래는 절연 장벽을 통해 디지털 펄스 출력을 제공하는 TIDA-00752 참조 설계의 블록 다이어그램입니다.
요약하면 NTC 서미스터 는 온도를 모니터링하는 데 자주 사용되지만 비선형 온도 응답은 자동차 솔루션에 문제가 될 수 있습니다. TI의 아날로그 및 디지털 온도 센서 솔루션을 사용하면 많은 자동차 시스템의 온도를 정확하고 쉽게 모니터링 할 수 있습니다.