Other Parts Discussed in Post: TMP126-Q1, TMP126

作者:Bryan Padilla

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當您在設計汽車系統時,很可能為了如何重新定義車輛動力傳動系統以符合歐盟、美國、中國大陸與日本等地區所制定的溫室氣體(GHG)減排目標而感受龐大壓力。為了達到這些目標,部分汽車製造商已開始在輕油電混合動力汽車中導入48-V系統,但大部分廠商仍選擇從傳統的內燃機(ICE)車款轉換為純電動動力傳動系統,如圖1所示。

受這類環保減排目標的影響,預料未來10年電動車(EV)市場占有率將快速增加。為協助電動車加快普及腳步,動力傳動系統供應商已著手設計整合式電動動力傳動系統,將牽引逆變器、DC/DC轉換器和車載充電器集於一身。雖然這種做法能減輕汽車重量、降低整體成本並提供更高的功率密度,但在熱管理方面必須更加注意。這是因為更高的功率密度和更輕巧的外型都會拉高運轉溫度,而這有可能會導致動力傳動系統效能的劣化— 更嚴重時甚至可能毀損系統。溫度感測器向來是車輛動力傳動系統的必要元件,但因為通常被認為僅屬次要或長年重複使用相同設計,對電動動力傳動系統的正面影響一直十分有限。只要利用得當,最新的溫度感測器技術就能大大影響整合式電動動力傳動系統的效率及可靠度。

  

1:電動動力傳動系統

 

更高的溫度準確度 有助於提升整合式電動動力傳動系統的效率

消費者希望電動車能加快充電速度,並增加每次充電後的續航力。為了達成這個目標,設計人員必須提升整合式電動動力傳動系統的效率。作法之一是提高電壓位準,並在功率級範圍內切換頻率。不過,要在這麼小的封裝空間裡這樣做,會增加功率密度並導致溫度上升,增加熱失控的風險。要提升效率並同時限制熱損害的風險,就必須適當利用準確的溫度感測器以及主動式冷卻回饋環路。

在安全的狀況下讓零件達到頂級效能,通常會導致運轉溫度上升到逼近元件的極限。如圖2所示,當感測器達到最高準確性,處理器就能將溫度的安全誤差容限降至最低,如此一來就能更精確地控制車輛充電或電力流程(power flow)等功能— 即使元件已經逼近熱運轉極限。

  

2:準確性如何影響安全容限

 

低漂移溫度感測器有助於維持整合式動力傳動系統的長期可靠性

消費者都希望車子可以開很久。整合式電動動力傳動系統裡電子零件的使用壽命,則跟它們所暴露之環境溫度有直接關聯。為使功率級場效應電晶體等零件能正確運轉達數年之久,溫度感測器必須非常可靠,以及最低程度的漂移。

許多電子設備會隨著時間逐漸開始出現漂移,溫度感測器也不例外。漂移跟感測器的材料組成有很大關係。舉例來說,矽基溫度感測器經過一段時間後感測器漂移仍在可忽略範圍內,但電阻溫度偵測器每年都會有±0.1到±0.5°C的漂移,而傳統的負溫度係數(NTC)熱敏電阻,通常在經過一段時間後會有>5%的漂移(這還不包括外部零件的漂移)。隨著系統老化,感測器漂移有可能拉高溫度感測解決方案的誤差並限制其效率,迫使系統提前停機或使零件蒙受熱損害。

針對長期效能進行設計時,相較於使用NTC熱敏電阻等離散實作而又未能校準而導致準確性令人存疑,最好還是使用溫度感測器IC為整個運轉溫度範圍提供準確度。TMP126-Q1等數位溫度感測器能提供精確的監測功能,溫度最高175°C的狀況下準確度達±1°C,且工作溫度範圍超大最低可達±0.3°C。當系統內部出現電壓瞬變與突波,溫度便有可能急速上升。

如圖3所示,TMP126-Q1能幫助系統預先採取行動,在溫度達到危險水位前先行偵測出溫度尖峰,做為判別系統出現過熱問題的主要指標。

  

3TMP126新增轉換速率警示功能

如前文所提到的,您或許會想透過增加切換頻率來提振效率,但這可能導致不必要的電磁干擾(EMI)。為了在高EMI狀態下運轉,TMP126-Q1內建了循環冗餘校驗功能,以確保資料只會在無錯的情況下使用。此外TMP126-Q1還搭配功能性安全的失效率(FIT)及失效模式分布(FMD)參考文件,有助於取得系統級認證。這款元件不但準確性高且漂移程度幾乎可以忽略,讓整合式動力傳動系統能降低保護容限,進而減少關機頻率,同時保護系統不致過熱,藉此提升效率。

 

結論

您會發現有超過20個溫度感測器的整合式電動動力傳動系統並不罕見。準確的感測功能有助於系統達到最高效率,防止控制系統錯誤觸發,還能更有效地保護IC或其他零件。有了用矽製造的低漂移感測器,就可能長時間維持這樣的效率,持續延長汽車續航力。不論您選擇什麼樣的溫度感測器,切記要選擇準確可靠的產品,遵循感測器置放的最佳實作規範,並利用最新的感測器功能。

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