業(yè)內(nèi)人士教您如何解決集成型溫度傳感器散熱難題

2013-10-25 17:52 來源:電子信息網(wǎng) 作者:蒲公英

隨著電子系統(tǒng)越來越朝著多功能、更高性能和更小封裝的趨勢發(fā)展,系統(tǒng)散熱問題日漸成為設(shè)計環(huán)節(jié)中必須考慮的因素。系統(tǒng)過熱會降低性能,損壞元件或產(chǎn)生安全隱患。為跟蹤并降低系統(tǒng)散熱而引發(fā)的問題,通常需要監(jiān)控兩個參數(shù):持續(xù)溫度測量和過熱警報。

用于進行持續(xù)溫度測量和過熱警報指示的傳統(tǒng)分離元件電路在傳感器元件中使用熱敏電阻器(熱敏電阻),通常采用負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。隨著溫度的升高,NTC熱敏電阻的電阻值降低。

處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于采集溫度模擬電壓(VteMP)。當溫度超出臨界值時,數(shù)字比較器的輸出端會驅(qū)動處理器的輸入端進行提示。

電壓分頻器直接衍生模擬溫度信號,作為熱敏電阻溫度模擬信號的電壓電平。RBIAS電阻器能夠設(shè)置電路增益,并使熱敏電阻保持在允許的功率內(nèi)工作,從而最大限度地減小溫度導致的電阻誤差。過熱警報通過將熱敏電阻的輸出端與比較器的輸入端相連接而產(chǎn)生。參考電壓與比較器的另一輸入端相連,以設(shè)置比較器輸出端被激活的電壓值(過熱電平)。通過采用磁滯反饋回路用于避免比較器在VTEMP等于VREF時來回快速開關(guān)。

但是分立熱敏電阻解決方案會存在許多設(shè)計問題。而LM57集成模擬溫度傳感器和溫度開關(guān)能夠解決這些設(shè)計問題,并提高系統(tǒng)的性能。

NTC電路的另一個誤差源是VTRIP的誤差。最大程度降低這一誤差的一種途徑是使用高精度參考端。但是,比較器的輸入端會收集到來自參考端的噪聲。比較器的跳脫點會隨著噪聲產(chǎn)生的信號電平的變化而不同。LM57采用一種專利技術(shù)從而解決了這個問題。用戶可以通過選擇兩個電阻器RSENSE1和RSENSE2的值設(shè)置VTRIP的值。LM57使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器確定跳脫電壓范圍。只要感應線路中電壓在指定范圍內(nèi),跳脫溫度就不會產(chǎn)生變化。這表示LM57感應輸入不會受到輸入端適量噪聲的影響。這還意味著只要電阻器的容差在1%或更低,各電阻器的跳脫點就不會變化。

在傳感器測量中獲得最大的精確度需要注意量化噪聲誤差,這是由模擬信號向二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差。模擬信號經(jīng)過數(shù)字化,得出的是一個接近實際測得模擬值的數(shù)字值。數(shù)字測量的最小增量(LSB)是將模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓除以模數(shù)轉(zhuǎn)換器的可數(shù)代碼數(shù)得出的電壓。例如,使用2.56V參考電壓的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的LSB值為2.56V ÷ 28 = 10mV。測得的模擬值和數(shù)字值之間的任何差值將稱為轉(zhuǎn)換中的誤差,這被稱為轉(zhuǎn)換噪聲或轉(zhuǎn)換誤差。例如,如果嘗試采集1.384V信號,此信號經(jīng)數(shù)字化獲得接近10mV的值,假設(shè)達到1.380V,則采樣值具有4mV的轉(zhuǎn)換噪聲值。

那么,此噪聲在溫度誤差中意味著什么?答案取決于傳感器輸出的增益。傳感器的增益幅度越大,就越少受到噪聲的影響——傳感器增益越高,量化噪聲產(chǎn)生的誤差越小。

由于采取單一封裝,體積小,從而節(jié)省了板空間和生產(chǎn)成本,并提高了質(zhì)量。如果在分立解決方案中結(jié)合多個元件將占用更大板空間,因為各元件間需要保持最小間距。設(shè)計每增加一個新元件,在電路中放置該元件的成本就累加到產(chǎn)品成本中。每個附加元件都需要增加一個設(shè)備和兩個或更多連線,因此在設(shè)計中需要考慮更多的問題。

溫度傳感器 散熱

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