Comment employer la puce NTC Thermsitors de dispositifs de protection de la température

Les thermistors NTC sont des éléments de résistance sensibles à la chaleur dont les valeurs de résistance diminuent rapidement avec l'augmentation de la température.ils sont utilisés comme dispositifs de protection de température pour protéger les circuits contre la surchauffe ainsi que les capteurs de températureAOLITTEL propose des thermistors SMD NTC de différentes tailles en capitalisant sur nos technologies de matériaux accumulées et une technologie de traitement multicouche.Cet article décrit les applications des dispositifs de protection de la température pour la détection de la température et la compensation de la température.

Avantages des thermistors SMD NTC

Les thermistors NTC sont des éléments de résistance sensibles à la température utilisant de la céramique semi-conducteur avec des coefficients de température négatifs (NTC).Cela signifie que la résistance diminue de façon exponentielle avec l' augmentation de la températurePlus la courbe RT est raide, plus la variation de résistance dans une plage de température spécifiée est grande.Ils sont souvent utilisés comme capteurs de température et également comme dispositifs de protection de température à des fins telles que la mesure de la température et la compensation de la température..

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-temperaturePar exemple, le fonctionnement d'un circuit électronique utilisant un transistor ou un résonateur cristallin devient subtilement instable avec les changements de température.Les thermistors NTC sont particulièrement adaptés pour compenser la réponse indésirable d'un circuit aux changements de températureDeux exemples sont la stabilisation du point de travail de l'électronique de puissance et le contrôle de la luminosité des écrans LCD.

Les thermistors NTC sont disponibles dans de nombreuses conceptions différentes, y compris le disque, la diode encapsulée en verre, le plomb revêtu de résine et les types SMD.Les thermistors SMD NTC basés sur la technologie multicouche sont le premier choix lorsque la protection de la température sur une carte PCB est nécessaireLes applications suivantes des thermistors SMD NTC en tant que dispositifs de protection de la température à des fins telles que la détection de la température et la compensation de la température.
* Les thermistors NTC mentionnés dans le texte et les diagrammes sont des thermistors SMD NTC.

Exemple de demande: détection de température et compensation de température pour smartphones et tablettes

De nombreux thermistors NTC sont utilisés dans les smartphones et les tablettes pour la détection de la température et la compensation de la température.

Fig. 1: Principales applications de détection de température et de compensation de température des thermistors NTC dans les smartphones et les tablettes

Le circuit de base est un circuit de division de tension avec un thermistor NTC et une résistance fixe connectés en série. 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.
Ce changement est envoyé à un microcontrôleur pour initier des actions de compensation de température et protéger les composants du circuit contre la surchauffe.

Fig. 2: Circuits de base pour la détection de température et la compensation de température

Exemple de demande: détection de température pour les batteries des appareils mobiles

Toutes les piles rechargeables et en particulier les piles lithium-ion doivent être surveillées et protégées par des circuits de charge intelligents,l'appareil de communication mobile tirant de l'énergie des batteries doit fonctionner dans une variété d'environnements, y compris le fonctionnement à basse et haute température.
Comme les thermistors NTC sont les dispositifs de détection de température préférés, ils sont utilisés dans les circuits de protection.en fonction du système de batterieSurtout pour une recharge rapide, la température ambiante doit être mesurée, car toutes les batteries ne permettent pas la recharge dans la plage de température chaude et froide.Températures de charge généralement comprises entre 0 °C et 45 °C pour une charge lente, et 5 °C, 10 °C à 45 °C pour une recharge rapide sont recommandés par les fabricants de batteries en fonction de la composition chimique de la batterie.
Le thermistore NTC fait partie d'une unité de contrôle de charge intelligente (voir circuit ci-dessous), qui garantit que la température ambiante est dans la plage permettant une charge rapide. 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.
Lors de la décharge, les thermistors NTC effectuent également une compensation de température pour la mesure de la tension, ce qui permet de mesurer la charge restante dans la batterie.

Fig. 3: Détection de température pour les batteries des appareils mobiles

Exemple d'application: détection de température pour microcontrôleurs

Les microcontrôleurs des smartphones et autres appareils doivent être protégés contre la surchauffe pour assurer leur fonctionnement fiable.Le schéma ci-dessous montre un circuit de protection de la température du microcontrôleur qui utilise un circuit de division de tension composé d'une combinaison de thermistors NTC et de résistances fixes RSLorsqu'un surcourant circule, la température du thermistore NTC augmente et sa résistance diminue, supprimant ainsi la tension d'entraînement du microcontrôleur.Afin d'obtenir une protection efficace contre la température, de petits thermistors et résistances SMD NTC sont montés soit sur la carte de circuit imprimé, soit sur la partie génératrice de chaleur.

Fig. 4: Détection de température pour les microcontrôleurs

Exemple de demande: détection de température pour les systèmes d'éclairage à LED

Dans de nombreuses solutions électroniques portables, les diodes électroluminescentes (LED) sont largement utilisées dans l'éclairage général et l'éclairage automobile, où la luminosité élevée devient de plus en plus populaire.La solution est les LED à haute luminosité (HBLED)L'un des défis est donc la gestion thermique.D' une manière générale, les LED de haute qualité sont des appareils robustes qui peuvent fonctionner pendant plus de 100 000 heures lorsqu'ils sont correctement manipulés.Les températures élevées peuvent réduire considérablement leur durée de vie et avoir un impact négatif sur leur luminositéPour garantir une durée de vie maximale, les fabricants de LED recommandent généralement de démarrer le débit à une température comprise entre 50 °C et 80 °C.En l'absence de régulation de la température, le concepteur doit veiller à ce que la température ne dépasse jamais le seuil de dégradation recommandé de la LED., ou limiter le courant par une résistance à 57% de la valeur nominale maximale, ce qui sacrifie la pleine luminosité de la LED.Cela fait des thermistors NTC le choix préféré pour la détection et le contrôle de la température dans l'éclairage en raison de leur rapport prix/performance attrayantElles permettent d'utiliser les LED à pleine capacité de fonctionnement pendant une durée de vie donnée, ce qui signifie un courant plus élevé à une température ambiante inférieure et un courant plus faible adapté à une augmentation de la température.Cela améliore non seulement la durée de vie des LEDPour des performances optimales, le thermistore de détection NTC doit être situé à proximité des LED ou dans le point d'accès de la carte LED.
Différentes topologies peuvent être utilisées en fonction de pilotes LED IC spécifiques.Un thermistore NTC peut fonctionner dans un réseau de résistances où la tension de détection peut contrôler indirectement le courant LED en influençant le rapport modulation de la largeur d'impulsion (PWM)Une autre option est montrée dans le diagramme ci-dessous. Ici, le thermistor NTC est utilisé dans la branche de détection du courant LED pour influencer le signal de rétroaction à des températures plus élevées.Dans cette configuration, le NTC doit être connecté à une source de tension constante, par exemple une tension de sortie de référence fournie par le conducteur.

Fig. 5: Détection de température pour les systèmes d'éclairage LED

Exemple de demande: détection de température pour les disques durs

Un disque dur, utilisé comme un dispositif de stockage de PC et d'autres appareils électroniques intelligents, est un dispositif sensible à la chaleur, et une température élevée augmente les possibilités d'erreurs et de défaillances.Pour cette raison, un capteur de température détecte sa température, et lorsque la température dépasse un seuil défini, un ventilateur est allumé pour refroidir l'appareil. 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 ICLe schéma ci-dessous montre le remplacement d'un capteur de température IC par un thermistore NTC.

Fig. 6: Détection de température pour les disques durs

Exemple d'application: détection de température pour les opérations d'écriture en tête de disque dur

L'écriture de données sur un disque dur est l'enregistrement magnétique dans la couche magnétique du plateau (disque magnétique) en utilisant le magnétisme généré par une bobine dans la tête d'enregistrement.L'excès d'écriture peut provoquer une surchauffe de la tête et nuire à certains éléments de celle-ci.Pour cette raison, un circuit de détection de température avec un thermistore NTC comme indiqué dans le schéma ci-dessous est utilisé pour contrôler le courant qui circule à travers la tête.

Fig. 7: Détection de température pour les opérations d'écriture de la tête du disque dur

Exemple de demande: régulation de la température pour les imprimantes thermiques

Les imprimantes thermiques, destinées à imprimer sur du papier thermique, sont utilisées comme imprimantes de reçus de caisses enregistreuses POS et imprimantes de codes à barres ou d'étiquettes.La température d'une tête thermique est corrélée à la saturation et à l'épaisseur des caractères imprimés: Plus la température est élevée, plus elles sont sombres et épaisses.Afin de maintenir une qualité d'impression constante, la tension est contrôlée en modifiant la largeur d'impulsion du courant fourni à la tête thermiqueLe schéma ci-dessous montre un exemple de bloc de circuit de détection de température utilisant un thermistore NTC.

Fig. 8: Contrôle de température pour les imprimantes thermiques

Exemple de demande: compensation de température pour les écrans LCD

Le contraste des écrans LCD, utilisés dans les smartphones, les tablettes et autres appareils compacts, dépend de la température et change en fonction de la température ambiante.il est nécessaire de régler la tension d'entraînement en fonction de la température ambianteLe schéma ci-dessous montre un circuit de compensation de température typique utilisant une combinaison de thermistors NTC et de résistances fixes.

Fig. 9: Compensation de température pour les écrans LCD

Exemple d'application: compensation de température pour les oscillateurs à cristaux

Un oscillateur de cristal utilisant un résonateur de cristal est utilisé dans les appareils électroniques tels que les PC pour générer une fréquence de référence (signal de référence d'horloge).la propriété de température d'un résonateur cristallin dessine une courbe cubique avec un point d'inflexion à la température standard (25 °C dans la plupart des cas), et un écart de fréquence oscillant (axe vertical) qui dépend largement de la température. 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 areaCes circuits de compensation analogiques utilisent un thermistor NTC, un condensateur et une résistance.Un oscillateur en cristal avec un circuit de compensation de température interne est appelé un TCXO (oscillateur en cristal à compensation de température).

Fig. 10: Compensation de température pour les oscillateurs cristallins

Exemple de demande: compensation de température pour les capteurs de pression à semi-conducteurs

De nombreux capteurs de pression à semi-conducteurs piézorésistifs MEMS sont utilisés dans de nombreux appareils électroménagers, lignes de production automatisées dans les usines, applications automobiles et autres. 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 bridgesLorsque le diaphragme est soumis à la pression d'un milieu, une différence de résistance est produite entre les éléments du capteur,qui génère ensuite un signal électrique des deux extrémités du circuit de pont.
Les capteurs de pression à semi-conducteurs piézorésistifs présentent une petite taille et une sensibilité élevée, mais comme la sensibilité des éléments du capteur dépend de la température, un circuit de compensation est nécessaire..Le schéma ci-dessous montre un circuit de compensation avec une combinaison d'un thermistore NTC et de résistances fixes.La compensation de température est réalisée en contrôlant la tension appliquée au capteur de pression via la résistance dépendante de la température du thermistore NTCDivers types d'autres circuits de compensation ont également été développés.

Fig. 11: Compensation de température pour les capteurs de pression à semi-conducteurs

Exemple de demande: protection thermique des semi-conducteurs

Les semi-conducteurs doivent être protégés contre les températures excessives pendant leur fonctionnement.Un thermistore NTC est placé sur le substrat à l'intérieur du module d'alimentation pour surveiller la température du dissipateur thermique sur lequel le module est monté (diagramme)Les bornes du thermistore NTC seront connectées au comparateur du contrôleur.le contrôleur réduira la puissance à travers tous les semi-conducteurs pour diminuer la température à l'intérieur du paquet.
En particulier lorsque des semi-conducteurs à large bande (GaN ou SiC) sont utilisés dans les modules de puissance, cela entraîne des températures de fonctionnement plus élevées par rapport au silicium standard,et différentes méthodes de montage des composants pourraient être nécessairesAlors que le soudage ou la colle était adéquat pour le silicium standard,Les températures de fonctionnement plus élevées nécessitent maintenant principalement des processus de frittage pour fixer des composants au DCB (lié directement au cuivre) et aux connexions de liaison, avec du fil d'or, d'argent ou d'aluminium utilisé pour mettre en place l'interconnexion.

Fig. 12: Thermistors SMD NTC montés sur le substrat à l'intérieur du module de puissance