六款ntc热敏电阻测温电路-华巨电子


 ntc热敏电阻测温原理


  NTC是NegaTIve Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铝(Al)、锌(Zn)等两种或者两种以上高纯度金属氧化物为主要材料, 经共同沉淀或水热法合成的纳米粉体材料,后经球磨充分混合、等静压成型、高温烧结、半导体切片、划片、玻封烧结或环氧包封等封结工艺制成的接近理论密度结构的半导体电子陶瓷材料,这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。它具有电阻值随着温度的变化而相应变化的特性。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在100~1500000欧姆,温度系数-2%~-5%。其电阻率和材料参数(B值)随材料成分比例、烧结温度、烧结气氛和结构状不同而变化,这种具有负温度系数特征的热敏电阻具有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、成本低等特点,NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。


  ntc热敏电阻测温电路图(一)


  为了确保功率半导体元件、逻辑元件、微控制器和处理器正常运行,必须极力避免过热现象。凭借紧凑的尺寸(如EIA0402),新型SMDNTC热敏电阻可直接置于微控制器及电路板上的其他热点附近。由于焊点与电路板可形成良好的热接触,而且元件的自发热微乎其微,因此新型热敏电阻能够对半导体敏感部件进行高精度温度监测。由于爱普科斯(EPCOS)SMDNTC热敏电阻具有极高的耐热冲击性能,因此该系列热敏电阻不仅适合回流焊接工艺,而且适合波峰焊接。设计人员可将热敏电阻放置在电路板底面,如微控制器背面,确保即使大尺寸微控制器也能形成极佳的热接触。下图展示了典型的微控制器保护电路。


  ntc热敏电阻测温电路图(二)


  在LED照明系统中,SMD贴片NTC热敏电阻既能帮助实现较高发光效率,也能延长LED的使用寿命。LED光源效率很大程度上取决于半导体结的温度。由于极端温度将导致功率退化加快、光强减弱、色偏以及使用寿命显著缩短,甚至导致LED系统完全损坏,而温度过低则会导致发光效率降低,进而导致每体积单位的流明值降低,因此客户必须极力避免此类现象发生。为了获得最大效率,温度必须处于规定的最佳温度范围内(典型的LED应用为70℃至90℃)。


  如果LED电路安装了SMD贴片NTC热敏电阻,最佳工作温度的每一次变化都会引起NTC部件阻值的显著变化。经过比较器评估,流经LED的电流会随即减少,LED的功率损耗也会随之降低,进而延长使用寿命。下图展示了相应的电路。我们提供配备爱普科斯(EPCOS)SMDNTC热敏电阻的样品工具包,专供LED照明系统开发人员使用。


  除了标准系列,我们还开发了汽车系列。新型汽车系列NTC热敏电阻已通过AEC-Q200认证,适合最高温度+150℃的应用,可用于ECU、空调系统等汽车电子设备及电池温度监测或充电系统。


ntc热敏电阻测温电路图(三)


  先进的充电技术不仅需要电池具备尽可能大的容许温度,而且还需确保最高容许温度下的充电电流低于电池最大充电电流。当充电电流导致电池达到温度上限时,充电电池必须非常准确地减小电流,避免发生损坏。电池温度变化检测越准确、越迅速,充电电流调节就越精确、越快速。这一技术既能确保电池在最短的时间内完成充电,也能避免电池过热。


  对于快速充电等应用,有必要也测量环境温度,以避免环境与电池之间的温差过大。为此,客户需将第二个NTC热敏电阻直接置于至充电电路板上。下图展示了此类典型电路。


  ntc热敏电阻测温电路图(四)


  D-53为NTC热敏电阻温度传感器(temperaturesensor)25度时电阻5K控温范围0-150度


  ntc热敏电阻测温电路图(五)


  参见图中所示的简单直流桥式电路,用于使用热敏电阻生产厂家进行精密测量。电阻R2和R3的正确选择将消除ΔV的平均DC值。



  ntc热敏电阻测温电路图(六)


  如图2为热敏电阻传感器运用同相放大电路进行温度测量的接口电路,该接口电路利用电阻器对热敏电阻传感器进行线性化,接口电路有电压模式和电阻模式。二者的作用都是实现线性化。图2用固定电阻器R1就可以实现线性化,称为电压模式。


  电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压V1也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

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