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集成型溫度傳感器解決散熱難題
發布者:admin 發布時間:2012-8-4 18:05:20 閱讀:1666次 【字體:

隨著電子系統越來越朝著多功能、更高性能和更小封裝的趨勢發展,系統散熱問題日漸成為設計環節中必須考慮的因素。系統過熱會降低性能,損壞元件或產生安全隱患。為跟蹤并降低系統散熱而引發的問題,通常需要監控兩個參數:持續溫度測量和過熱警報。

持續溫度測量使處理器可以監測到系統溫度的上升或下降,并根據測得的溫度采取彌補措施。例如,由于功率放大器(PA)會受到系統升溫的影響,因此它可以顯示增益的升高。增益升高導致功率放大器使用更大的功率,產生更多熱量,繼而使用更高的電能,這被稱為熱逸散。例如,在無線傳感器網絡應用中,過大的增益會導致電池比預期耗電更快。通過監控溫度,處理器可以調節放大器的增益,從而確保功率的耗散與設計者預期相符。

在系統運行溫度超出設置的限制時,處理器會接收到二進制過熱警報信號。一個應用范例是當系統中溫度即將超出元件的最大運行溫度時。此時,處理器可以中止向元件供電,避免系統由于過熱而受到損壞。

分立熱敏電阻電路

用于進行持續溫度測量和過熱警報指示的傳統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(NTC)熱敏電阻。隨著溫度的升高,NTC熱敏電阻的電阻值降低(圖1)。

圖 1:采用傳統熱敏電阻的電路。處理器的模數轉換器用于采集溫度模擬電壓(VTEMP)。當溫度超出臨界值時,數字比較器的輸出端會驅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電阻器能夠設置電路增益,并使熱敏電阻保持在允許的功率內工作,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生。參考電壓與比較器的另一輸入端相連,以設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。

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

集成的LM57電路

    LM57不僅集成了分立熱敏電阻電路的功能,還改進了其性能。如圖2所示,我們可以看到元件數量變少了,但功能卻增加了。例如低態跳脫點輸出和輸入針腳使系統可以在原位置測試LM57的功能。

圖2:LM57集成電路應用。處理器的模數轉換器用于采集溫度模擬電壓(VTEMP)。當溫度超出臨界值時,過熱(TOVER)輸出端會驅動處理器的輸入端進行指示。跳脫點由兩個無源電阻器(RSENSE1和RSENSE2)設置,而不是由有效參考端和偏壓電阻器設置。

精確度

任何溫度傳感器電路中最重要的測量參數之一是總體電路的精確度(或誤差)。在設計分立電路解決方案時,各元件的誤差會累加得出測量值的最大總誤差。例如,分立熱敏電阻電路(圖1)中的VTEMP模擬溫度輸出端將同時受到熱敏電阻和電阻器RBIAS的精確度影響。TOVER數字警報的精確度不僅受到VTEMP的精確度影響,還受到比較器、反饋電阻器和磁滯電阻器的固有誤差影響。例如,如果使用此電路控制大型HVAC系統,這些誤差可能引起大型系統在不需要工作時繼續運轉,從而導致系統產生過多的功率。

 
 

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