1.前言
如果我們設(shè)計汽車系統(tǒng)，我們可能會感到巨大的壓力，需要重新定義汽車動力系統(tǒng) ，以滿足歐盟、美國、中國和日本等倡議制定的減少溫室氣體 (GHG) 排放目標。為了實現(xiàn)這些目標，一些汽車制造商正在為輕度混合動力汽車實施 48V 系統(tǒng)，但大多數(shù)汽車制造商正在將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機 (ICE) 模型過渡到全電動動力系統(tǒng)，如圖 1 所示。
由于減排的環(huán)境目標，預(yù)計電動汽車 (EV) 將在未來十年內(nèi)迅速增加其市場份額。為幫助加快電動汽車的普及，動力總成供應(yīng)商正在設(shè)計集成電動動力總成，將牽引逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器集成在一個盒子中。雖然這種方法可以減輕車輛重量、降低總成本并提供更高的功率密度，但它需要更加關(guān)注熱管理。這是因為更高的功率密度和更小的外形會增加工作溫度，這會降低動力系統(tǒng)性能——甚至更糟的是，損壞它。溫度傳感器一直是車輛動力系統(tǒng)中的必要組件，但由于它們經(jīng)常被重新考慮或在設(shè)計中重復使用多年，因此它們對電動動力系統(tǒng)的積極影響有限。正確實施的新溫度傳感器技術(shù)可以對集成電動動力總成系統(tǒng)的效率和可靠性產(chǎn)生重大影響。
圖 1：電動動力總成系統(tǒng)
2.更好的溫度精度有助于提高集成電動動力系統(tǒng)的效率
消費者希望電動汽車充電更快，一次充電后行駛里程更長。為了實現(xiàn)這一點，設(shè)計人員必須提高集成電動動力系統(tǒng)的效率。一種方法是增加功率級內(nèi)的電壓電平和開關(guān)頻率。然而，在如此小的占地面積上這樣做會增強功率密度并導致溫度升高，從而增加熱失控的風險。要在提高效率的同時限制熱損壞風險，需要正確使用準確的溫度傳感器和主動冷卻反饋回路。
安全地推動組件達到其峰值性能通常會導致更高的工作溫度更接近設(shè)備極限。如圖 2 所示，最大限度地提高傳感器精度使處理器能夠?qū)⒄`差的溫度安全裕度降至最低，從而可以更精確地控制車輛充電和功率流等功能——即使在接近設(shè)備的熱工作極限時也是如此。
圖 2：準確性如何影響安全裕度
3.低漂移溫度傳感器有助于長期保持集成動力系統(tǒng)的可靠性
消費者希望他們的車輛經(jīng)久耐用。在集成電動動力系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的電子設(shè)備的使用壽命與其暴露的溫度直接相關(guān)。為了使功率級場效應(yīng)晶體管等組件多年正常運行，溫度傳感器必須可靠且漂移最小。
許多電子產(chǎn)品隨時間漂移，溫度傳感器也不例外。漂移與傳感器的材料成分有很大關(guān)系。例如，基于硅的溫度傳感器的傳感器隨時間漂移可以忽略不計，而電阻溫度檢測器的漂移范圍為每年 ±0.1 至 ±0.5°C，而傳統(tǒng)的負溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻通常隨時間漂移 >5%（不包括外部元件的漂移）。隨著系統(tǒng)老化，傳感器漂移會增加溫度傳感解決方案的誤差，并通過迫使其過早關(guān)閉或?qū)M件造成熱損壞來限制其效率。
在設(shè)計長期性能時，最好使用溫度傳感器集成電路 (IC)，它可以在整個工作溫度范圍內(nèi)提供有保證的精度，而不是像 NTC 熱敏電阻這樣的分立實現(xiàn)在未校準時具有可疑的精度。TMP126-Q1數(shù)字溫度傳感器可在高達 175°C 的極端溫度下以 ±1°C 的精度進行精確監(jiān)控，并在很寬的溫度范圍內(nèi)低至 ±0.3°C。在系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)電壓瞬變和浪涌的情況下，溫度會迅速升高。
如圖 3 所示，TMP126-Q1 通過檢測溫度尖峰來幫助我們的系統(tǒng)采取先發(fā)制人的行動，這可能是溫度達到危險水平之前的熱問題的領(lǐng)先指標。
圖 3：TMP126 中的新壓擺率警報功能
正如我之前提到的，我們可能希望增加開關(guān)頻率以提高效率，但這可能會導致不必要的電磁干擾 (EMI)。為了在高 EMI 條件下運行，TMP126-Q1 具有內(nèi)置循環(huán)冗余校驗，以確保僅在數(shù)據(jù)無差錯時才使用數(shù)據(jù)。此外，TMP126-Q1 隨附功能安全及時故障 (FIT) 率和故障模式分布 (FMD) 文檔，以幫助實現(xiàn)系統(tǒng)級認證。該器件的高精度和可忽略不計的漂移使集成動力系統(tǒng)能夠降低其保護裕度，減少關(guān)閉頻率，同時仍能保護系統(tǒng)免于過熱，從而提高效率。
4.總結(jié)
毫不奇怪，我們會發(fā)現(xiàn) 20 多個溫度傳感器分布在集成的電動動力總成系統(tǒng)中。準確的感應(yīng)有助于最大限度地提高系統(tǒng)效率，防止控制系統(tǒng)的錯誤觸發(fā)，并更有效地保護 IC 或其他組件。使用由硅制成的低漂移傳感器，能夠隨著時間的推移保持這種效率，使汽車在路上行駛的時間更長。無論我們選擇哪種溫度傳感器，請記住選擇準確可靠的傳感器，遵循傳感器放置最佳實踐，并利用新的傳感器功能。
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