Πώς να χρησιμοποιήσετε συσκευές προστασίας θερμοκρασίας Chip NTC Thermsitors

Οι θερμιστές NTC είναι θερμοευαίσθητα στοιχεία αντίστασης των οποίων οι τιμές αντίστασης μειώνονται γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας.χρησιμοποιούνται ως συσκευές προστασίας θερμοκρασίας για την προστασία των κυκλωμάτων από υπερθέρμανση, καθώς και ως αισθητήρες θερμοκρασίαςΗ AOLITTEL προσφέρει διάφορα μεγέθη των θερμιστών SMD NTC αξιοποιώντας τις συσσωρευμένες τεχνολογίες υλικών μας και μια τεχνολογία επεξεργασίας πολυεπίπεδων.Αυτό το άρθρο περιγράφει εφαρμογές συσκευών προστασίας θερμοκρασίας για ανίχνευση θερμοκρασίας και αντιστάθμιση θερμοκρασίας.

Πλεονεκτήματα των θερμιστών SMD NTC

Οι θερμιστές NTC είναι θερμοκρασιακά ευαίσθητα στοιχεία αντίστασης που χρησιμοποιούν ημιαγωγικές κεραμικές με αρνητικούς συντελεστές θερμοκρασίας (NTC).Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση μειώνεται εκθετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας.Όσο πιο απότομη είναι η καμπύλη RT, τόσο μεγαλύτερη είναι η μεταβολή της αντίστασης εντός μιας καθορισμένης περιοχής θερμοκρασίας.χρησιμοποιούνται συχνά ως αισθητήρες θερμοκρασίας και επίσης ως συσκευές προστασίας θερμοκρασίας για σκοπούς όπως μέτρηση θερμοκρασίας και αντιστάθμιση θερμοκρασίας.

Temperature compensation is the ability of a circuit to react to changing temperatures and initiate corrective actions in order to ensure stable operation (controlling) and protect against over- or under-temperatureΓια παράδειγμα, η λειτουργία ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος που χρησιμοποιεί ένα τρανζίστορ ή έναν κρυστάλλινο συντονιστή γίνεται λεπτά ασταθής με τις αλλαγές θερμοκρασίας.Οι θερμιστές NTC είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για την αντιστάθμιση της ανεπιθύμητης απόκρισης ενός κυκλώματος στις αλλαγές θερμοκρασίαςΔύο παραδείγματα είναι η σταθεροποίηση του σημείου εργασίας της ηλεκτρονικής ισχύος και ο έλεγχος της φωτεινότητας των οθονών LCD.

Οι θερμιστές NTC είναι διαθέσιμοι σε πολλά διαφορετικά σχέδια, συμπεριλαμβανομένων των τύπων δίσκου, γυάλινης διοδίου, μολύβδου και SMD.Οι θερμιστές SMD NTC που βασίζονται στην τεχνολογία πολυεπίπεδων είναι η πρώτη επιλογή όταν απαιτείται προστασία θερμοκρασίας σε πλακέτα PCBΟι ακόλουθες είναι οι εφαρμογές των θερμιστών SMD NTC ως συσκευές προστασίας θερμοκρασίας για σκοπούς όπως η ανίχνευση θερμοκρασίας και η αντιστάθμιση θερμοκρασίας.
* Οι θερμιστές NTC που αναφέρονται στο κείμενο και στα διαγράμματα είναι θερμιστές SMD NTC. Επίσης, τα διαγράμματα κυκλωμάτων απλοποιούνται.

Παράδειγμα εφαρμογής: Ανίχνευση θερμοκρασίας και αντιστάθμιση θερμοκρασίας για smartphones και tablets

Πολλοί θερμιστές NTC χρησιμοποιούνται σε smartphones και tablets για ανίχνευση θερμοκρασίας και αντιστάθμιση θερμοκρασίας.

Σχήμα 1: Σημαντικές εφαρμογές ανίχνευσης θερμοκρασίας και αντιστάθμισης θερμοκρασίας των θερμιστών NTC σε smartphones και tablets

Το βασικό κύκλωμα είναι ένα κύκλωμα διαίρεσης τάσης με έναν θερμιστήρα NTC και μια σταθερή αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά. The resistance value of an NTC thermistor placed near a heat generating part such as a CPU or a power module decreases with rise of temperature and changes the output voltage of the voltage-dividing circuit.
Η αλλαγή αυτή αποστέλλεται σε έναν μικροελεγκτή για να ξεκινήσει ενέργειες αντιστάθμισης θερμοκρασίας και να προστατεύσει τα συστατικά του κυκλώματος από υπερθέρμανση.

Σχήμα 2: Βασικά κυκλώματα για ανίχνευση θερμοκρασίας και αντιστάθμιση θερμοκρασίας

Παράδειγμα εφαρμογής: Ανίχνευση θερμοκρασίας για μπαταρίες κινητών συσκευών

Όλες οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και ειδικότερα οι μπαταρίες ιόντων λιθίου πρέπει να παρακολουθούνται και να προστατεύονται από έξυπνα κυκλώματα φόρτισης,καθώς η συσκευή κινητής επικοινωνίας που αντλεί ενέργεια από τις μπαταρίες πρέπει να λειτουργεί σε διάφορα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας χαμηλών και υψηλών θερμοκρασιών.
Ως προτιμώμενες συσκευές ανίχνευσης θερμοκρασίας, οι θερμιστές NTC χρησιμοποιούνται στα προστατευτικά κυκλώματα.ανάλογα με το σύστημα μπαταρίαςΙδιαίτερα για την ταχεία φόρτιση πρέπει να μετριέται η θερμοκρασία περιβάλλοντος, καθώς δεν επιτρέπουν όλες οι μπαταρίες την φόρτιση στην περιοχή θερμής και ψυχρής θερμοκρασίας.Συνήθως θερμοκρασίες φόρτισης από 0 °C έως 45 °C για αργή φόρτιση, και 5 °C, 10 °C έως 45 °C για γρήγορη φόρτιση συνιστάται από τους κατασκευαστές των συσσωρευτών μπαταριών ανάλογα με τη χημική κατάσταση της μπαταρίας.
Ο θερμιστής NTC αποτελεί μέρος μιας μονάδας ελέγχου έξυπνης φόρτισης (βλέπε κύκλωμα παρακάτω), η οποία εξασφαλίζει ότι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι στο εύρος που επιτρέπει την γρήγορη φόρτιση. During charging the NTC thermistor repeatedly measures the temperature all 5 to 10 seconds and can detect a rise in the battery cell's temperature at the end of the charging cycle or caused by abnormal charging conditions.
Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, οι θερμιστές NTC εκτελούν επίσης αντιστάθμιση θερμοκρασίας για τη μέτρηση της τάσης, η οποία βοηθά στη μέτρηση της εναπομένουσας φόρτισης στη μπαταρία.

Σχήμα 3: Ανίχνευση θερμοκρασίας για μπαταρίες κινητών συσκευών

Παράδειγμα εφαρμογής: Ανίχνευση θερμοκρασίας για μικροελεγκτές

Οι μικροελεγκτές των smartphones και άλλων συσκευών πρέπει να προστατεύονται από υπερθέρμανση για να εξασφαλίζεται η αξιοπιστία της λειτουργίας τους.Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα κύκλωμα προστασίας θερμοκρασίας μικροελεγκτή που χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα διαίρεσης τάσης που αποτελείται από έναν συνδυασμό θερμοστάτη NTC και σταθερών αντίστοιχων RSΌταν ρέει υπερστροφή, η θερμοκρασία του θερμιστήρα NTC αυξάνεται και η αντίστασή του μειώνεται, καταπιέζοντας έτσι την τάση κίνησης του μικροελεγκτή.Για να επιτευχθεί αποτελεσματική προστασία θερμοκρασίας μικροί θερμοστάτες SMD NTC και αντίστοιχοι τοποθετούνται είτε στην πλακέτα κυκλώματος είτε στο μέρος παραγωγής θερμότητας.

Σχήμα 4: Ανίχνευση θερμοκρασίας για μικροελεγκτές

Παράδειγμα εφαρμογής: ανίχνευση θερμοκρασίας για συστήματα φωτισμού LED

Σε πολλές φορητές ηλεκτρονικές λύσεις, οι διόδοι εκπομπής φωτός (LED) χρησιμοποιούνται ευρέως στον γενικό φωτισμό και τον φωτισμό αυτοκινήτων, όπου η υψηλή φωτεινότητα γίνεται όλο και πιο δημοφιλής.Η λύση είναι τα LED υψηλής φωτεινότητας (HBLED)Οι εν λόγω συσκευές έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον συμβατικό φωτισμό, αλλά, όπως κάθε άλλη συσκευή ημιαγωγών, παράγουν θερμότητα.Σε γενικές γραμμές, τα υψηλής ποιότητας LED είναι ανθεκτικές συσκευές που μπορούν να λειτουργήσουν για περισσότερες από 100.000 ώρες όταν χειρίζονται σωστά.Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους και να επηρεάσουν αρνητικά τη φωτεινότητά τουςΓια να διασφαλιστεί η μέγιστη διάρκεια ζωής, οι κατασκευαστές LED συνήθως συνιστούν να ξεκινά η εκτόνωση του ρεύματος σε θερμοκρασίες μεταξύ 50 °C και 80 °C.Χωρίς έλεγχο της θερμοκρασίας, ο σχεδιαστής πρέπει να διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία δεν υπερβαίνει ποτέ το συνιστώμενο κατώτατο όριο υποβάθμισης του LED., ή να περιορίσετε το ρεύμα από έναν αντίσταση στο 57% της μέγιστης ονομαστικής ισχύος, γεγονός που θυσιάζει την πλήρη φωτεινότητα του LED.Αυτό καθιστά τους θερμιστές NTC την προτιμώμενη επιλογή για ανίχνευση και έλεγχο της θερμοκρασίας στον φωτισμό λόγω της ελκυστικής αναλογίας τιμής/αποτελέσματος.Επιτρέπει τη χρήση των LED σε πλήρη λειτουργική ικανότητα για μια δεδομένη διάρκεια ζωής, που σημαίνει υψηλότερο ρεύμα σε χαμηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος και προσαρμοσμένο χαμηλότερο ρεύμα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται.Αυτό όχι μόνο βελτιώνει τη διάρκεια ζωής των LEDΓια τις καλύτερες επιδόσεις, ο θερμιστής ανίχνευσης NTC θα πρέπει να βρίσκεται κοντά στα LED ή στο hotspot της πλακέτας LED.
Διαφορετικές τοπολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με βάση συγκεκριμένους οδηγούς LED IC.Ένας θερμοστάτης NTC μπορεί να λειτουργεί σε δίκτυο αντίστασης όπου η τάση αισθητήρα μπορεί έμμεσα να ελέγχει το ρεύμα LED επηρεάζοντας την αναλογία διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM)Μια άλλη επιλογή εμφανίζεται στο παρακάτω διάγραμμα. Εδώ ο θερμιστής NTC χρησιμοποιείται στον κλάδο αισθητήρα ρεύματος LED για να επηρεάσει το σήμα ανατροφοδότησης σε υψηλότερες θερμοκρασίες.Σε αυτή τη διαμόρφωση το NTC πρέπει να συνδέεται με πηγή σταθερής τάσης, π.χ. τάση εξόδου αναφοράς που παρέχεται από τον οδηγό.

Σχήμα 5: Ανίχνευση θερμοκρασίας για συστήματα φωτισμού LED

Παράδειγμα εφαρμογής: ανίχνευση θερμοκρασίας για HDD

Ένας σκληρός δίσκος, ο οποίος χρησιμοποιείται ως συσκευή αποθήκευσης υπολογιστών και άλλων έξυπνων ηλεκτρονικών συσκευών, είναι θερμοευαίσθητη συσκευή και η υψηλή θερμοκρασία αυξάνει τις πιθανότητες σφαλμάτων και αποτυχιών.Για το λόγο αυτό, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας ανιχνεύει τη θερμοκρασία του, και όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει ένα καθορισμένο κατώτατο όριο, ένας ανεμιστήρας ενεργοποιείται για την ψύξη της συσκευής. The accuracy of a relatively simple temperature detection circuit consisting of an NTC thermistor and fixed resistors is fully sufficient for the protection of an HDD and much more cost-efficient than a circuit using a temperature sensor ICΤο παρακάτω διάγραμμα δείχνει την αντικατάσταση ενός IC αισθητήρα θερμοκρασίας με έναν θερμιστήρα NTC.

Σχήμα 6: Ανίχνευση θερμοκρασίας για HDD

Παράδειγμα εφαρμογής: Ανίχνευση θερμοκρασίας για τις εργασίες εγγραφής με κεφαλή HDD

Η εγγραφή δεδομένων σε έναν σκληρό δίσκο είναι μαγνητική εγγραφή στο μαγνητικό στρώμα του δίσκου (μαγνητικός δίσκος) χρησιμοποιώντας μαγνητισμό που παράγεται από μια τροχιά στην κεφαλή εγγραφής.Η υπερβολική γραφή μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση του κεφαλιού και να επηρεάσει αρνητικά στοιχεία του κεφαλιούΓια το λόγο αυτό, χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα ανίχνευσης θερμοκρασίας με θερμοστάτη NTC όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα για τον έλεγχο του ρεύματος που ρέει μέσω της κεφαλής.

Σχήμα 7: Ανίχνευση θερμοκρασίας για τις εργασίες εγγραφής με κεφαλή HDD

Παράδειγμα εφαρμογής: Ρυθμιστής θερμοκρασίας για θερμικούς εκτυπωτές

Οι θερμικοί εκτυπωτές, οι οποίοι προορίζονται για εκτύπωση σε θερμικό χαρτί, χρησιμοποιούνται ως εκτυπωτές αποδείξεων των ταμειακών μηχανών POS και εκτυπωτές barcode ή ετικέτας.Η θερμοκρασία της θερμικής κεφαλής συσχετίζεται με την κορεσμό και το πάχος των χαρακτήρων που εκτυπώνονται: Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο σκούρα και παχύτερα είναι.Για να διατηρηθεί μια σταθερή ποιότητα εκτύπωσης η τάση ελέγχεται με την αλλαγή του πλάτους παλμού του ρεύματος που τροφοδοτείται στην θερμική κεφαλήΤο παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα παράδειγμα ενός κυκλώματος ανίχνευσης θερμοκρασίας που χρησιμοποιεί έναν θερμιστήρα NTC.

Σχήμα 8: Ρυθμιστής θερμοκρασίας για θερμικούς εκτυπωτές

Παράδειγμα εφαρμογής: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για οθόνες LCD

Η αντίθεση των οθονών LCD, οι οποίες χρησιμοποιούνται στα smartphones, τα tablets και άλλες μικρές συσκευές, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και αλλάζει ανάλογα με την θερμοκρασία του περιβάλλοντος.είναι απαραίτητο να ρυθμίζεται η τάση κίνησης σύμφωνα με την θερμοκρασία περιβάλλοντοςΤο παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα τυπικό κύκλωμα αντιστάθμισης θερμοκρασίας που χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό θερμοστάτη NTC και σταθερών αντίστοιχων.

Σχήμα 9: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για οθόνες LCD

Παράδειγμα εφαρμογής: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για κρυσταλλικούς ταλαντωτές

Ένας κρυστάλλινος ταλαντωτής που χρησιμοποιεί έναν κρυστάλλινο συντονιστή χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως οι υπολογιστές προσωπικού χαρακτήρα για τη δημιουργία μιας συχνότητας αναφοράς (σημείο αναφοράς ρολογιού).η ιδιότητα θερμοκρασίας ενός κρυστάλλινου συντονιστή σχεδιάζει μια κυβική καμπύλη με σημείο κάμψης στην τυπική θερμοκρασία (25 °C στις περισσότερες περιπτώσεις), και μια ταλάντευση απόκλισης συχνότητας (καθεκτικός άξονας) που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. The oscillating frequency deviation is reduced by inserting compensation circuits whose temperature properties are the opposite to the crystal resonator into each of the low temperature area and the high temperature areaΤέτοια αναλογικά κυκλώματα αντιστάθμισης χρησιμοποιούν έναν θερμοστάτη NTC, έναν πυκνωτή και έναν αντίσταση.Ένας κρυστάλλινος ταλαντωτής με εσωτερικό κύκλωμα αντιστάθμισης θερμοκρασίας ονομάζεται TCXO (ταλαντωτής κρυστάλλων αντιστάθμισης θερμοκρασίας).

Σχήμα 10: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για κρυσταλλικούς ταλαντωτές

Παράδειγμα εφαρμογής: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για αισθητήρες πίεσης σε ημιαγωγούς

Πολλοί αισθητήρες πίεσης σε πλειοψηφία χρησιμοποιούνται σε πολλές οικιακές συσκευές, αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής σε εργοστάσια, εφαρμογές αυτοκινήτων και άλλα. Such pressure sensors consist of a silicon substrate etched to create a thin hollow pressure-sensitive diaphragm with four piezoresistive parts (strain gauges) that are connected to pressure-sensitive bridgesΌταν το διάφραγμα υποστεί πίεση από ένα μέσο, παράγεται μια διαφορά αντίστασης μεταξύ των στοιχείων αισθητήρα,που στη συνέχεια παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα από τα δύο άκρα του κυκλώματος γέφυρας.
Οι πιεστικοί αισθητήρες πίεσης με ημιαγωγούς έχουν μικρό μέγεθος και υψηλή ευαισθησία, αλλά επειδή η ευαισθησία των στοιχείων αισθητήρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία, απαιτείται κύκλος αντιστάθμισης.Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα κύκλωμα αντιστάθμισης με συνδυασμό θερμιστήρα NTC και σταθερών αντίστοιχων.Η αντιστάθμιση θερμοκρασίας πραγματοποιείται με τον έλεγχο της τάσης που εφαρμόζεται στον αισθητήρα πίεσης μέσω της αντίστασης που εξαρτάται από τη θερμοκρασία του θερμιστήρα NTCΈχουν επίσης αναπτυχθεί διάφοροι τύποι άλλων κυκλωμάτων αντιστάθμισης.

Σχήμα 11: Αντιστάθμιση θερμοκρασίας για αισθητήρες πίεσης με ημιαγωγούς

Παράδειγμα εφαρμογής: Θερμική προστασία των ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί πρέπει να προστατεύονται από υπερβολική θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους.Ένας θερμοστάτης NTC τοποθετείται στο υπόστρωμα εντός της μονάδας ισχύος για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας του αποβλήτου θερμότητας στην οποία είναι τοποθετημένη η μονάδα (διάγραμμα)Τα τερματικά του θερμιστήρα NTC συνδέονται με τον συγκριτήρα του ελεγκτή.ο ελεγκτής θα μειώσει την ισχύ μέσω όλων των ημιαγωγών για να μειώσει τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του πακέτου.
Ειδικά όταν οι ημιαγωγοί ευρείας ζώνης (GaN ή SiC) χρησιμοποιούνται σε μονάδες ισχύος, αυτό οδηγεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας σε σύγκριση με το κανονικό πυρίτιο,και διαφορετικές μεθόδους τοποθέτησης των εξαρτημάτων ενδέχεται να είναι απαραίτητεςΕνώ η συγκόλληση ή η συγκόλληση ήταν επαρκής για το τυποποιημένο πυρίτιο,Οι υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας απαιτούν πλέον κυρίως διαδικασίες συγκόλλησης για την προσκόλληση συστατικών στο DCB (άμεση σύνδεση χαλκού) και τις συνδέσεις σύνδεσης, με χρυσό, ασήμι ή αλουμίνιο σύρμα που χρησιμοποιείται για την υλοποίηση της διασύνδεσης.

Σχήμα 12: Θερμομόντες SMD NTC τοποθετημένοι στο υπόστρωμα εντός της μονάδας ισχύος