2016 七月

温度检测用SMD-PTC

所有热点,尽在掌控

TDK集团针对IT设备的热管理应用推出一系列爱普科斯 (EPCOS) PTC热敏电阻。该超级系列产品可响应各种温度变化。

爱普科斯 (EPCOS) 超级系列SMD极限温度传感器基于PTC打造,提供0805、0603和0402三种外壳尺寸,温度范围为70 ~ 145℃。相对于标准系列,新元件采用了更为均质的陶瓷材料,在提高稳定性的同时,还允许高达280℃的回流焊接和波峰焊接加工。凭借上述性能,超级系列PTC产品质量通过AEC-Q200 Rev-C标准验证,可满足汽车电子应用的苛刻要求。

PTC热敏电阻具有非线性特性:在低温例如环境温度条件下,其电阻较低。随着温度的升高并超过阈值后,其电阻基于所用陶瓷材料将会突升。这一阈值又称作参考温度或极限温度。图1所示为PTC热敏电阻的典型特性。

图1:PTC热敏电阻之电阻曲线

上图清晰显示出不同极限温度下的电阻突升状况。不同极限温度和边沿取决于PTC热敏电阻所用陶瓷材料。

在常温下,PTC传感器电阻较低,典型值小于1 kΩ。然而,随着温度的上升,其电阻开始升高。当达到指定极限温度Tsense时,电阻值为4.7 kΩ(精确度:±5℃)。如果温度再上升15 K,PTC电阻将提高10倍,达到47 kΩ(随温升呈指数式跃升)。电阻突升使PTC热敏电阻成为极限温度传感器的理想选择,允许其在适当时机检测敏感电子元件的临界温度。为此,温度传感器应尽量靠近需保护的元件进行安装,从而确保良好的热接触和快速响应时间。

如图2所示,PTC传感器与固定电阻器一同接入分压电路中,从而产生温度相关输出电压Vout,该电压可根据PTC传感器特性突然改变并直接控制某元件,如开关晶体管或比较器,从而触发相关功能,以免过热和发生损坏。如此一来,即可轻松打开风扇或关闭负载元件和系统元件,所需成本极低。

图2:过温检测电路

这一简便电路可用于检测单一热点,既经济又可靠。

所有热点 尽在掌控

在IT设备(比如笔记本电脑)中,由于对流冷却作用不足,必须对一些系统元件实施温度监测。整个板面为此分布了多个局部DC/DC转换器(即负载点,POL)以生成接近负载的所需电压,而非如常使用中心电源通过总线系统提供一个或多个电源电压。

尽管当前POL具有较高效率,但仍会产生热耗,为避免局部过热,常需监测POL温度,同样也需对处理器、图像卡芯片组、充电电池、光/磁碟机以及RAM和其它系统单元进行温度监测。图3所示为某笔记本电脑典型配置以及需监测的热点。

图3:笔记本电脑及潜在热点

PTC传感器串联式简易电路可用于监测笔记本电脑热点。

PTC传感器电阻随温度而发生的陡峭而迅速的变化允许单一简易电路监测多个热点。举例来说,如果需要同时监测电路板上或设备中的7个不同热点,可以选择图4所示电路,在每个待测热点处放置一个PTC。凭借其陡峭特性,所有PTC可实行串联,仍能确保对每一处热点进行可靠监测。

图4:多热点温度测量

上一电路尽管是串联电路,仍能够对每一热点进行可靠的过温测量,既经济、节省空间,又实现了可靠的温度管理。

除了配置简单可靠,该电路还有另一显著优势:由于超级系列PTC传感器在75 ~ 145℃范围均有极限温度差别是10 K的型号,因此可针对性地使用不同参考温度监测各热点。

只要上一图示中的7个PTC传感器全部低于极限温度,则所有系列相关传感器的总电阻将低于10 kΩ。即使仅有一个系列相关传感器超出极限温度,电阻排的电阻值也将远远高出10 kΩ。由于这个原因,也可以用分压器来检测超温现象(见图4)。

该电路也可用于其它系统,如电源、UPS、变频器、服务器、亮度调节器以及汽车电子系统。通常,因热耗导致过温出现而产生热点的是功率半导体,比如MOSFET或IGBT,但也可能是电感器、变压器、电容器和电机。

通用PTC热敏电阻

凭借其典型电阻曲线,PTC热敏电阻具有多种用途,以下所述仅为其中三种:极限温度传感器以及限流器和加热元件。

限流器

PTC热敏电阻设计为在额定温度下只有几欧姆的低电阻。如果电流超出特别指定限值,其功耗将上升,同时热敏电阻开始升温。然后,根据其特性,电阻会突然上升,从而限制电流。只有当元件冷却时,热敏电阻才会降回低阻状态。这一特性使得PTC热敏电阻成为限流器和自恢复保险丝的理想选择。TDK-EPC现可供应多种此类产品(引线式或表贴式)。主要应用于电讯线路和电源的过流和短路保护。

加热元件

PTC热敏电阻也可用于定点供热。其自我调节功能具有特别优势:当元件加热时,其电阻开始上升,同时恒定电流开始流动(与热量输出成正比)。相关元件可用作机动车辆中的辅助加热器,例如用于加热燃料管路和过滤器或雨刷喷嘴。
凭借一种爱普科斯研发的工艺,热敏电阻还可生产为铸模部件,大大增加了各种可能的设计,包括复杂的三维形状。如此,热胶枪可以有加热喷嘴的设计,暖风机亦可有加热转子叶片的设计。

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