Как датчики давления в шинах получают питание? Объяснение батареи TPMS и сбора урожая

Большинство водителей никогда не задумываются об аккумуляторе, который поддерживает работу датчика давления в шинах. Модуль, сообщающий о «низком давлении в шинах», находится внутри колеса, вращается со скоростью шоссе и все еще имеет достаточно энергии для измерения и передачи данных каждые несколько секунд. Ответ на вопрос, как датчики давления в шинах получают питание, обычно проще, чем люди ожидают: небольшая литиевая батарейка типа «таблетка», запечатанная внутри узла датчика, питает весь блок в течение пяти-десяти лет. Если вы разрабатываете модуль TPMS, эта батарея определяет текущий бюджет датчика, радиомодуля и микроконтроллера.

Как датчики давления в шинах получают питание в прямой системе TPMS?

Каждый датчик TPMS прямого действия в легковом автомобиле получает питание от неперезаряжаемой литиевой батарейки типа «таблетка».

Аккумуляторная батарея является частью сенсорного модуля, который крепится к штоку клапана. Он непригоден к эксплуатации. Как только срок службы ячейки подходит к концу, весь датчик необходимо отрезать от колеса и заменить. Вот почему срок службы датчика TPMS почти всегда определяется сроком службы батареи, а не самим чувствительным элементом.

В отрасли стандартизировано несколько форматов. CR1632 имеет емкость примерно 130 мАч, CR2032 — около 220 мАч, а CR2450 приближается к 520 мАч. Чем больше ячейка, тем дольше датчик может оставаться в шине, но тем больше места он занимает у стержня клапана. Элемент типа «таблетка» на 3 В также должен выдерживать вибрацию, нагрев от торможения и температуру до -40 C, поэтому химический состав электролита имеет такое же значение, как и емкость.

Сколько энергии потребляет датчик TPMS каждый день?

Датчик TPMS бездействует большую часть своего срока службы, и именно это позволяет крошечной батарее прослужить долгие годы.

Контроллер активирует датчик для измерения давления и температуры, а затем отправляет короткий радиочастотный импульс. В спящем режиме устройство потребляет около 1 мкА. Во время измерения он подскакивает примерно до 2–3 мА на несколько миллисекунд. Во время передачи он может потреблять ток 5–10 мА менее десяти миллисекунд. Таким образом, среднесуточное потребление энергии очень мало.

• Выход из спящего режима
• Измерьте давление и температуру
• Преобразуйте результат в цифровой кадр
• Передать RF-пакет
• Вернуться в сон

Эта схема работает тысячи раз в день, при этом батарея никогда не заряжается.

Элемент емкостью 220 мАч может поддерживать этот рабочий цикл в течение многих лет, поэтому литиевая батарея 3 В по-прежнему остается выбором по умолчанию.

Как датчики давления в шинах получают энергию от сбора энергии?

Датчики TPMS, собирающие энергию, являются реальными продуктами, но они не заменили батареи в легковых автомобилях массового рынка.

Пьезоэлектрические элементы улавливают вибрацию шины, электромагнитные катушки собирают энергию вращения, а некоторые прототипы используют радиочастотную энергию, излучаемую автомобилем. Эти подходы исключают батарею из уравнения и обещают необслуживаемые датчики. Но они увеличивают стоимость, размер и сложность. Для автомобиля, который через десять лет будет списан, монетный элемент за 1 доллар по-прежнему имеет больше смысла, чем харвестер за 20 долларов.

• Пьезоэлектрический вибрационный сбор
• Сбор электромагнитной вращательной энергии
• Радиочастотное излучение энергии

Как датчики давления в шинах получают питание в проводных системах автопарка?

В коммерческих автомобилях и промышленном оборудовании используются проводные модули TPMS, которые получают питание непосредственно от аккумулятора шасси.

Системы грузовиков, автобусов и прицепов подводят линии питания 12 В или 24 В к каждому датчику. Это исключает необходимость замены батареи и обеспечивает непрерывный мониторинг. Компромисс — больше проводов, больше разъемов и больший риск повреждения кабеля. Многие менеджеры автопарков соглашаются с этим, потому что датчики устанавливаются один раз и больше к ним не прикасаются. Эти системы также являются полезным напоминанием о как датчики давления питают современные автомобили в более широкой электрической архитектуре.

В модулях с проводным подключением часто используется другая топология считывания, поскольку нет ограничений по мощности со стороны батарейки типа «таблетка». Датчик может работать непрерывно, а приемник может опрашивать его несколько раз в секунду.

Как срок службы батареи влияет на конструкцию датчика давления MEMS

Ограничение батареи определяет электрический бюджет для всего модуля TPMS, включая микросхему датчика давления MEMS.

Когда разработчик продукта выбирает МЭМС-датчик давления для TPMS с батарейным питанием, встают прямые вопросы: какое напряжение питания, какой ток потребляет мост и поддерживает ли датчик спящий режим? MemsTech – Wuxi Mems Tech Co., Ltd., производитель датчиков давления MEMS, решает эту проблему, разрабатывая датчики автомобильного класса, обеспечивающие работу с низким энергопотреблением и стабильный выходной сигнал во всем температурном диапазоне, свойственном шинам.

Напряжение питания и ток являются ключевыми характеристиками.

Большинство модулей TPMS используют шину 3 В от батарейки типа «таблетка», поэтому датчик должен работать при напряжении примерно от 2,1 В до 3,6 В. Чувствительный элемент должен потреблять всего несколько сотен микроампер в активном режиме и доли микроампер в режиме ожидания. Датчик, потребляющий ток на 1 мА больше ожидаемого, сократит срок службы батареи на годы.

Датчики абсолютного давления MCPJ10, MCPJ11 и MCPJ12 для автомобильной промышленности Эти калиброванные датчики абсолютного давления имеют аналоговый или цифровой выход, работают от 2,1 В до 3,6 В и соответствуют ограничениям по батарее TPMS. Их низкое энергопотребление помогает продлить срок службы батарейки типа «таблетка». Посмотреть продукт →

Серии MCPJ10, MCPJ11 и MCPJ12 — это датчики абсолютного давления, предназначенные для автомобильной среды, с номинальным напряжением питания, соответствующим аккумуляторному блоку 3 В, используемому в большинстве модулей TPMS.

Wuxi Mems Tech Co., Ltd. также управляет 2000 квадратных метров стандартизированных производственных площадей и сообщает о годовом объеме производства в 60 миллионов единиц, при этом каждый датчик проходит нулевую/полномасштабную калибровку, испытания на температурный дрейф и проверки долгосрочной стабильности перед отправкой.

Выбор датчика MEMS для модуля TPMS

Выбор датчика для модуля давления в шинах сводится к трем характеристикам: диапазон давления, напряжение питания и размер упаковки.

Датчики давления в шинах обычно измеряют абсолютное давление в диапазоне от 100 до 450 кПа. Чувствительный элемент привязан к вакууму внутри герметичного корпуса, поэтому датчики абсолютного давления являются стандартным выбором для TPMS. Цифровой выход является обычным явлением, поскольку он снижает нагрузку на микроконтроллер и позволяет избежать дополнительных шумов АЦП. Размер корпуса имеет значение, поскольку датчик занимает очень мало места на штоке клапана. Серия MemsTech MCPJ20 разработана с учетом этих требований.

Лучший выбор зависит от того, нужен ли модулю цифровой интерфейс и сколько усилий по калибровке хочет взять на себя заказчик. MCPJ10, MCPJ11 и MCPJ12 предлагают вариант цифрового выхода, тогда как семейство MCPJ20 остается аналоговым для более простых цепочек сигналов. Для получения дополнительной информации прочтите Полное руководство по технологии датчиков давления MEMS .

Аналоговые датчики давления серии MCPJ20 для использования в автомобильных коллекторах Семейство MCPJ20 обеспечивает калиброванный аналоговый выход для измерения давления во впускном коллекторе с настраиваемым диапазоном и малой мощностью. Он подходит для автомобильных модулей, требующих простых сигнальных цепей. Посмотреть продукт →

Часто задаваемые вопросы

Как долго работает аккумулятор датчика давления в шинах?

Типичный датчик прямого действия TPMS использует литиевую батарейку типа «таблетка» напряжением 3 В и работает от 5 до 7 лет при нормальном использовании. Холодный климат и частые короткие поездки могут сократить этот срок, поскольку датчик просыпается чаще.

Можно ли заменить батарейку в датчике TPMS?

Нет. Бытовые датчики TPMS представляют собой герметичные устройства. Батарея находится внутри модуля, поэтому при выходе из строя элемента заменяется весь датчик.

Нужна ли батарея для датчиков давления в шинах, если автомобиль подключен к проводной сети?

Проводные системы автопарка не используют батареи. Они получают питание от электрической системы автомобиля, что позволяет осуществлять непрерывный мониторинг без замены аккумулятора.

Почему в TPMS используется датчик давления MEMS?

Датчик давления MEMS небольшой, точный и потребляет очень мало тока, что делает его единственным практичным выбором для модуля с батарейным питанием, который должен помещаться внутри ниппеля шины.

Если вы разрабатываете модуль TPMS и вам нужен датчик, который надежно работает от небольшой батарейки типа «таблетка», варианты MCPJ20A, MCPJ20B и MCPJ20C охватывают разные диапазоны выходного сигнала для одной и той же шины питания 3 В.

Датчики давления MCPJ20A, J20B и J20C для приложений с напряжением 3 В Эти варианты охватывают различные диапазоны давления (10–1000 кПа или 10–400 кПа) при питании 3 В, обеспечивая гибкость для модулей TPMS. Их точность и компактность обеспечивают надежную работу ячеек типа «таблетка». Посмотреть продукт →