1.前言

如果我們?cè)O(shè)計(jì)汽車系統(tǒng)，我們可能會(huì)感到巨大的壓力，需要重新定義汽車動(dòng)力系統(tǒng) ，以滿足歐盟、美國(guó)、中國(guó)和日本等倡議制定的減少溫室氣體 (GHG) 排放目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，一些汽車制造商正在為輕度混合動(dòng)力汽車實(shí)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(jī) (ICE) 模型過(guò)渡到全電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，如圖 1 所示。

由于減排的環(huán)境目標(biāo)，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車 (EV) 將在未來(lái)十年內(nèi)迅速增加其市場(chǎng)份額。為幫助加快電動(dòng)汽車的普及，動(dòng)力總成供應(yīng)商正在設(shè)計(jì)集成電動(dòng)動(dòng)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(gè)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?yàn)楦叩墓β拭芏群透〉耐庑螘?huì)增加工作溫度，這會(huì)降低動(dòng)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(dòng)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(jì)中重復(fù)使用多年，因此它們對(duì)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的積極影響有限。正確實(shí)施的新溫度傳感器技術(shù)可以對(duì)集成電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)的效率和可靠性產(chǎn)生重大影響。

圖 1：電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)

2.更好的溫度精度有助于提高集成電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的效率

消費(fèi)者希望電動(dòng)汽車充電更快，一次充電后行駛里程更長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員必須提高集成電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的效率。一種方法是增加功率級(jí)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(huì)增強(qiáng)功率密度并導(dǎo)致溫度升高，從而增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。要在提高效率的同時(shí)限制熱損壞風(fēng)險(xiǎn)，需要正確使用準(zhǔn)確的溫度傳感器和主動(dòng)冷卻反饋回路。

安全地推動(dòng)組件達(dá)到其峰值性能通常會(huì)導(dǎo)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(shí)也是如此。

圖 2：準(zhǔn)確性如何影響安全裕度

3.低漂移溫度傳感器有助于長(zhǎng)期保持集成動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性

消費(fèi)者希望他們的車輛經(jīng)久耐用。在集成電動(dòng)動(dòng)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(jí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管等組件多年正常運(yùn)行，溫度傳感器必須可靠且漂移最小。

許多電子產(chǎn)品隨時(shí)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(shí)間漂移可以忽略不計(jì)，而電阻溫度檢測(cè)器的漂移范圍為每年 ±0.1 至 ±0.5°C，而傳統(tǒng)的負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻通常隨時(shí)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(huì)增加溫度傳感解決方案的誤差，并通過(guò)迫使其過(guò)早關(guān)閉或?qū)M件造成熱損壞來(lái)限制其效率。

在設(shè)計(jì)長(zhǎng)期性能時(shí)，最好使用溫度傳感器集成電路 (IC)，它可以在整個(gè)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(shí)現(xiàn)在未校準(zhǔn)時(shí)具有可疑的精度。TMP126-Q1數(shù)字溫度傳感器可在高達(dá) 175°C 的極端溫度下以 ±1°C 的精度進(jìn)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(huì)迅速升高。

如圖 3 所示，TMP126-Q1 通過(guò)檢測(cè)溫度尖峰來(lái)幫助我們的系統(tǒng)采取先發(fā)制人的行動(dòng)，這可能是溫度達(dá)到危險(xiǎn)水平之前的熱問(wèn)題的領(lǐng)先指標(biāo)。

圖 3：TMP126 中的新壓擺率警報(bào)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(huì)導(dǎo)致不必要的電磁干擾 (EMI)。為了在高 EMI 條件下運(yùn)行，TMP126-Q1 具有內(nèi)置循環(huán)冗余校驗(yàn)，以確保僅在數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)時(shí)才使用數(shù)據(jù)。此外，TMP126-Q1 隨附功能安全及時(shí)故障 (FIT) 率和故障模式分布 (FMD) 文檔，以幫助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)認(rèn)證。該器件的高精度和可忽略不計(jì)的漂移使集成動(dòng)力系統(tǒng)能夠降低其保護(hù)裕度，減少關(guān)閉頻率，同時(shí)仍能保護(hù)系統(tǒng)免于過(guò)熱，從而提高效率。

4.總結(jié)

毫不奇怪，我們會(huì)發(fā)現(xiàn) 20 多個(gè)溫度傳感器分布在集成的電動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)中。準(zhǔn)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(cuò)誤觸發(fā)，并更有效地保護(hù) IC 或其他組件。使用由硅制成的低漂移傳感器，能夠隨著時(shí)間的推移保持這種效率，使汽車在路上行駛的時(shí)間更長(zhǎng)。無(wú)論我們選擇哪種溫度傳感器，請(qǐng)記住選擇準(zhǔn)確可靠的傳感器，遵循傳感器放置最佳實(shí)踐，并利用新的傳感器功能。