Cómo utilizar el microprocesador NTC Thermsitors de los dispositivos de protección de la temperatura

Los termistores NTC son elementos de resistencia sensibles al calor cuyos valores de resistencia disminuyen rápidamente con el aumento de la temperatura.se utilizan como dispositivos de protección de temperatura para proteger los circuitos del sobrecalentamiento, así como sensores de temperaturaAOLITTEL ofrece varios tamaños de termistores SMD NTC aprovechando nuestras tecnologías de materiales acumuladas y una tecnología de procesamiento multicapa.Este artículo describe las aplicaciones de los dispositivos de protección de temperatura para la detección de temperatura y la compensación de temperatura.

Ventajas de los termistores SMD NTC

Los termistores NTC son elementos de resistencia sensibles a la temperatura que utilizan cerámica semiconductora con coeficientes de temperatura negativos (NTC).Eso significa que la resistencia disminuye exponencialmente con el aumento de la temperaturaCuanto más pronunciada sea la curva RT, mayor será la variación de la resistencia dentro de un rango de temperatura determinado.a menudo se utilizan como sensores de temperatura y también se utilizan como dispositivos de protección de temperatura para fines tales como medición de temperatura y compensación de temperatura.

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-temperaturePor ejemplo, el funcionamiento de un circuito electrónico que utiliza un transistor o un resonador de cristal se vuelve sutilmente inestable con los cambios de temperatura.Los termistores NTC son especialmente adecuados para compensar la respuesta indeseable de un circuito a los cambios de temperaturaDos ejemplos son la estabilización del punto de trabajo de la electrónica de potencia y el control del brillo de las pantallas LCD.

Los termistores NTC están disponibles en muchos diseños diferentes, incluidos el disco, el diodo encapsulado en vidrio, el plomo revestido con resina y los tipos SMD.Los termistores SMD NTC basados en tecnología multicapa son la primera opción cuando se necesita protección de temperatura en una placa de PCBLas siguientes son aplicaciones de termistores SMD NTC como dispositivos de protección de temperatura para fines tales como detección de temperatura y compensación de temperatura.
* Los termistores NTC a los que se hace referencia en el texto y en los diagramas son termistores SMD NTC.

Ejemplo de aplicación: detección de temperatura y compensación de temperatura para teléfonos inteligentes y tabletas

Muchos termistores NTC se utilizan en teléfonos inteligentes y tabletas para la detección de temperatura y la compensación de temperatura.

Figura 1: Principales aplicaciones de detección de temperatura y compensación de temperatura de los termistores NTC en teléfonos inteligentes y tabletas

El circuito básico es un circuito de división de voltaje con un termistor NTC y una resistencia fija conectados en serie. 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.
Este cambio se envía a un microcontrolador para iniciar acciones de compensación de temperatura y proteger a los componentes del circuito del sobrecalentamiento.

Fig. 2: Circuitos básicos para la detección de temperatura y la compensación de temperatura

Ejemplo de aplicación: detección de temperatura para paquetes de baterías de dispositivos móviles

Todas las baterías recargables y, en particular, las baterías de iones de litio, deben estar controladas y protegidas por circuitos de carga inteligentes.ya que el dispositivo de comunicación móvil que obtiene energía de las baterías debe funcionar en una variedad de entornos., incluido el funcionamiento a baja y alta temperatura.
Como dispositivos de detección de temperatura preferidos, los termistores NTC se utilizan en los circuitos de protección.dependiendo del sistema de bateríasEspecialmente para la carga rápida, se debe medir la temperatura ambiente, ya que no todas las baterías permiten la carga en el rango de temperatura caliente y fría.Temperaturas de carga normalmente de 0 °C a 45 °C para la carga lenta, y 5 °C, 10 °C hasta 45 °C para la carga rápida son recomendados por los fabricantes de los paquetes de baterías dependiendo de la química de la batería.
El termistor NTC es parte de una unidad de control de carga inteligente (véase el circuito a continuación), que asegura que la temperatura ambiente esté en el rango que permite una carga rápida. 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.
Durante la descarga, los termistores NTC también realizan una compensación de temperatura para la medición del voltaje, lo que ayuda a medir la carga restante en la batería.

Figura 3: Detección de temperatura para las baterías de los dispositivos móviles

Ejemplo de aplicación: detección de temperatura para microcontroladores

Los microcontroladores de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos deben estar protegidos contra el sobrecalentamiento para garantizar su fiabilidad de funcionamiento.El siguiente diagrama muestra un circuito de protección de temperatura del microcontrolador que emplea un circuito de división de voltaje que consiste en una combinación de termistores NTC y resistencias fijas RSCuando fluye una sobrecorriente, la temperatura del termistor NTC aumenta y su resistencia disminuye, suprimiendo así el voltaje de accionamiento del microcontrolador.Con el fin de lograr una protección eficaz de la temperatura pequeños termistores SMD NTC y resistencias se montan ya sea en la placa de circuito o la parte generadora de calor.

Fig. 4: Detección de temperatura para microcontroladores

Ejemplo de solicitud: detección de temperatura para sistemas de iluminación LED

En muchas soluciones electrónicas portátiles, los diodos emisores de luz (LED) se utilizan ampliamente en la iluminación general y la iluminación automotriz, donde el alto brillo se está volviendo cada vez más popular.La solución son los LED de alto brillo (HBLED)En la actualidad, la mayoría de los aparatos de iluminación con semiconductores de alta calidad, que presentan numerosas ventajas sobre la iluminación convencional, generan calor, como cualquier otro dispositivo semiconductor.Hablando en general, los LED de alta calidad son dispositivos robustos que pueden funcionar durante más de 100.000 horas cuando se manejan correctamente.Las altas temperaturas pueden acortar significativamente su vida útil y afectar negativamente su brilloPara garantizar una vida útil máxima, los fabricantes de LED recomiendan generalmente que la descarga de corriente comience a temperaturas entre 50 °C y 80 °C.Sin control de temperatura, el diseñador deberá garantizar que la temperatura nunca exceda el umbral de reducción recomendado del LED., o limitar la corriente por un resistor al 57% de la potencia máxima, lo que sacrifica el brillo completo del LED.Esto hace que los termistores NTC sean la opción preferida para la detección y control de temperatura en la iluminación debido a su atractiva relación precio/rendimientoPermiten que los LED se utilicen en plena capacidad operativa durante una vida útil determinada, lo que significa una mayor corriente a una temperatura ambiente más baja y una corriente más baja adaptada cuando la temperatura aumenta.Esto no sólo mejora la vida del LEDPara obtener el mejor rendimiento, el termistor de detección NTC debe ubicarse cerca de los LED o en el punto de acceso de la placa LED.
Se pueden utilizar diferentes topologías basadas en controladores de LED de IC específicos.Un termistor NTC puede operar en una red de resistencias donde el voltaje sensorial puede controlar indirectamente la corriente LED influyendo en la relación de modulación de ancho de pulso (PWM)Otra opción se muestra en el siguiente diagrama. Aquí el termistor NTC se utiliza en la rama de sentido de corriente LED para influir en la señal de retroalimentación a temperaturas más altas.En esta configuración, el NTC debe estar conectado a una fuente de voltaje constante, por ejemplo, una tensión de salida de referencia proporcionada por el conductor.

Fig. 5: Detección de temperatura para sistemas de iluminación LED

Muestra de aplicación: detección de temperatura para discos duros

Un disco duro, que se utiliza como dispositivo de almacenamiento de PC y otros dispositivos electrónicos inteligentes, es un dispositivo sensible al calor, y una temperatura alta aumenta las posibilidades de errores y fallos.Por esta razón, un sensor de temperatura detecta su temperatura, y cuando la temperatura excede un umbral definido, se enciende un ventilador para enfriar el dispositivo. 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 ICEl siguiente diagrama muestra la sustitución de un sensor de temperatura IC por un termistor NTC.

Figura 6: Detección de temperatura para discos duros

Ejemplo de aplicación: detección de temperatura para las operaciones de escritura en la cabeza del disco duro

La escritura de datos en un disco duro es la grabación magnética en la capa magnética de la bandeja (disco magnético) utilizando el magnetismo generado por una bobina en la cabeza de grabación.La escritura excesiva puede causar que la cabeza se sobrecaliente y afecte negativamente a los elementos de la cabezaPor esta razón, se utiliza un circuito de detección de temperatura con un termistor NTC como se muestra en el diagrama a continuación para controlar la corriente que fluye a través de la cabeza.

Fig. 7: Detección de temperatura para las operaciones de escritura de la cabeza del disco duro

Ejemplo de aplicación: control de temperatura para impresoras térmicas

Las impresoras térmicas, destinadas a imprimir en papel térmico, se utilizan como impresoras de recibos de cajas registradoras de puntos de venta y impresoras de códigos de barras o etiquetas.La temperatura de una cabeza térmica se correlaciona con la saturación y el grosor de los caracteres impresos: Cuanto más alta es la temperatura, más oscuras y gruesas son.Para mantener una calidad de impresión constante, el voltaje se controla cambiando el ancho de pulso de la corriente suministrada a la cabeza térmicaEl diagrama siguiente muestra un ejemplo de un bloque de circuito de detección de temperatura utilizando un termistor NTC.

Fig. 8: Control de temperatura para impresoras térmicas

Muestra de aplicación: compensación de temperatura para pantallas LCD

El contraste de las pantallas LCD, que se utilizan en teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos compactos, depende de la temperatura y cambia en función de la temperatura ambiente.es necesario ajustar la tensión de accionamiento de acuerdo con la temperatura ambienteEl siguiente diagrama muestra un circuito típico de compensación de temperatura que emplea una combinación de termistores NTC y resistencias fijas.

Fig. 9: Compensación de temperatura para las pantallas LCD

Muestra de aplicación: compensación de temperatura para osciladores de cristal

Un oscilador de cristal que utiliza un resonador de cristal se utiliza en dispositivos electrónicos como los PC para generar una frecuencia de referencia (señal de referencia de reloj).la propiedad de temperatura de un resonador de cristal dibuja una curva cúbica con un punto de inflexión a la temperatura estándar (25 °C en la mayoría de los casos), y una desviación de frecuencia oscilante (eje vertical) que depende en gran medida de la temperatura. 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 areaDichos circuitos de compensación analógicos emplean un termistor NTC, un condensador y una resistencia.Un oscilador de cristal con un circuito de compensación de temperatura interna se llama TCXO (oscilador de cristal compensado por temperatura).

Figura 10: Compensación de temperatura para osciladores de cristal

Muestra de aplicación: compensación de temperatura para sensores de presión de semiconductores

Muchos sensores de presión de semiconductores piezorresistivos MEMS se utilizan en muchos electrodomésticos, líneas de producción automatizadas en fábricas, aplicaciones automotrices y otros. 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 bridgesCuando el diafragma está sometido a presión por un medio, se produce una diferencia de resistencia entre los elementos del sensor.que luego genera una señal eléctrica desde ambos extremos del circuito puente.
Los sensores de presión de semiconductores piezorresistivos tienen un tamaño pequeño y una alta sensibilidad, pero debido a que la sensibilidad de los elementos del sensor depende de la temperatura, es necesario un circuito de compensación.El siguiente diagrama muestra un circuito de compensación con una combinación de un termistor NTC y resistencias fijas.La compensación de temperatura se realiza mediante el control del voltaje aplicado al sensor de presión a través de la resistencia dependiente de la temperatura del termistor NTCTambién se han desarrollado otros tipos de circuitos de compensación.

Fig. 11: Compensación de temperatura para sensores de presión de semiconductores

Muestra de aplicación: Protección térmica de semiconductores

Los semiconductores deben protegerse de temperaturas excesivas durante el funcionamiento.Un termistor NTC se coloca en el sustrato dentro del módulo de alimentación para controlar la temperatura del disipador de calor en el que está montado el módulo (diagrama)Las terminales del termistor NTC se conectarán al comparador del controlador.el controlador reducirá la potencia a través de todos los semiconductores para disminuir la temperatura dentro del paquete.
Especialmente cuando se utilizan semiconductores de banda ancha (GaN o SiC) en módulos de potencia, esto conduce a temperaturas de funcionamiento más altas en comparación con el silicio estándar,y pueden ser necesarios diferentes métodos de montaje de los componentesMientras que la soldadura o pegado era adecuado para el silicio estándar,Las temperaturas de funcionamiento más altas ahora requieren principalmente procesos de sinterización para unir componentes al DCB (enlazado directamente con cobre) y conexiones de unión, con alambre de oro, plata o aluminio utilizado para implementar la interconexión.

Fig. 12: termistores SMD NTC montados en el sustrato dentro del módulo de alimentación