一份全面的NTC熱敏電阻使用指南

2021-01-07 合晶芯城

NTC熱敏電阻體積可以小到一粒綠豆那麼大,但功能卻非常重要。如果使用不當,就等同於玩火,毀壞整個電路或設備。

以下以株式會社村田製作所的FTN系列NTC熱敏電阻(扁薄頭絕緣溫度傳感器)為例,介紹NTC熱敏電阻的電氣操作、應用事項、測試數據,以及常見問題。

一、電氣操作

(1)電阻- 溫度特性

NTC熱敏電阻產品的電阻-溫度(R-T)特性非常關鍵,電阻值相對於溫度呈指數級變化。R-T曲線顯示了每一攝氏度階躍時的電阻值,其中「R-中心」是各溫度時的典型電阻,「R-低」和「R-高」分別是電阻的下限和上限。

電阻的溫度特性

(2)恆壓驅動

在常用的溫度傳感電路中,通常將熱敏電阻和普通電阻器串聯連接,並施加以恆定電壓(Vin)。這被稱為恆定電壓驅動,熱敏電阻上的電壓(Vout)可以通過公式計算:

Vout = Vin x RNTC / ( RNTC + R )

在寬泛的檢測溫度範圍,可獲取顯著的電壓變化。該電壓變化與溫度相關。具體地說,直接將熱敏電阻連接至微控制器裝置(MCU)的模擬-數字(A/D)埠上以進行A/D轉換,可以通過MCU的邏輯將A/D轉換值視為溫度信息。

例如,為了在一定溫度時顯示警告,需要編程MCU以便在檢測到A/D轉換值相當於溫度時發出警告。

(3)A/D轉換器電壓增益和解析度

相對於溫度的電壓變化(增益)。即便處於溫度檢測範圍(-20至+85℃)的下限和上限,增益變為最小時,仍可以獲得超過10mV/℃的增益。

(4)熱敏電阻和電阻器允許公差的估計誤差

在使用具有±1%電阻偏差偏差的熱敏電阻和電阻器時獲取的電壓-溫度特性,給出了電壓的典型值、下限和上限。

在中心值為零(0)時,幾乎沒有什麼溫度差別。+60℃時可觀察到約±1.0℃的溫度誤差,+85℃時可觀察到約±1.5℃的溫度誤差。

雖然熱敏電阻精度可能不佳,但其用於監測電子設備中的溫度仍足夠可靠。使用熱敏電阻和電阻器的正常允許公差,可以提供非常高的性價比。

(5)熱敏電阻和ADC的外施電壓

熱敏電阻的外施電壓(Vin)和MCU中的ADC的電壓(Vref)來自相同的電壓源。ADC的輸入電壓(VNTC)將根據Vin(=Vref)變化,電壓變化在理論上取消。

電壓源將被加以規範,但它還是有一定的誤差或波動。該誤差對溫度感應精度有直接的負面影響。因此,強烈推薦使用此類差分電壓檢測。

(6)取消低頻率噪聲的電容器

建議使用與熱敏電阻或電阻器並聯的電容器。由於ADC的採樣周期和/或電路中周圍部件的影響,將觀察到VNTC的低頻率噪聲。此類噪聲可使用並聯電容器去除。普遍使用的電容器靜電容量為0.01uF至1uF。在選擇靜電容量時,請參考ADC和/或MPU的數據表和/或應用說明。

二、參考應用

(1)要檢測皮膚溫度

FTN系列適用於為如可穿戴式設備等醫療保健和醫學應用檢測皮膚溫度。皮膚溫度檢測需要NTC熱敏電阻隔熱。NTC熱敏電阻是半導體,因此NTC熱敏電阻無法直接安裝在機身的金屬上,因為該金屬用於從人體導熱及耐汗液等。FTN系列產品具有隔熱功能。因此,它可以方便地設計和組裝。

(2)要檢測機身溫度,防止低溫受傷

FTN系列適合於手持式設備檢測機身溫度,以防止低溫傷害。手持式設備的內部空間非常狹小。因此,FTN系列和其部件之間需要安裝在PCB上的隔熱方法。FTN系列產品具有隔熱功能。因此,它可以方便地設計和組裝。

(3)檢測電源模塊的溫度

FTN系列適用於電源模塊過熱檢測。FTN可用於導線結合安裝方法,使得FTN可設置在如IGBT等功率半導體附近。這意味著FTN可以快速檢測精確的功率半導體的溫度。

三、測試數據

(1)絕緣電阻和擊穿電壓

FTN系列包含帶樹脂塑模晶片的NTC熱敏電阻,因此FTN系列產品具有隔熱功能。

(2)響應時間

FTN系列能快速檢測溫度變化。這裡的加熱器被假定為人體皮膚的溫度。

村田公司的FTN系列NTC熱敏電阻與該公司的普通晶片NTC熱敏電阻相同,可以通過其電子隔離器直接連接到金屬散熱器或機身。由於樹脂塑模結構簡潔,FTN系列具有很高的

機械應力強度,良好的耐用性和較長使用壽命,能為電子設備提供安全可靠的發熱保護。

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