- 溫度管理的解決方案介紹
- TDK-EPC新系列PTC熱敏電阻用于各種響應(yīng)溫度
TDK-EPC現(xiàn)已成功研發(fā)新系列PTC熱敏電阻，特別適用于IT設(shè)備的溫度管理，該超級系列可用于各種響應(yīng)溫度。
通過愛普科斯基于PTC打造的新系列SMD極限溫度傳感器，TDK-EPC擴展了其產(chǎn)品范圍。該超級系列外殼尺寸有0805、0603和0402，溫度范圍介于70 ~145℃之間。相對于標(biāo)準(zhǔn)系列，新元件采用了更為均質(zhì)的陶瓷材料，在提高穩(wěn)定性的同時，還允許高達(dá)280℃的回流焊接和波峰焊接加工。憑借上述性能，超級系列PTC產(chǎn)品已通過AEC-Q200 Rev-C標(biāo)準(zhǔn)驗證，可滿足汽車電子應(yīng)用的苛刻要求。
PTC熱敏電阻具有非線性特性：在低溫例如環(huán)境溫度條件下，其電阻較低。隨著溫度的升高，其電阻基于所用陶瓷材料將會突升。這一閾值又稱作參考溫度或極限溫度。圖1所示為PTC熱敏電阻典型特性。
在常溫下，PTC傳感器電阻較低，典型值小于1 k?。然而，隨著溫度的上升，其電阻開始升高。當(dāng)達(dá)到指定極限溫度Tsense時，電阻值為4.7 k?（精確度：±5℃）。如果溫度再上升15 K，PTC電阻將提高10倍，達(dá)到47 k?（隨溫升呈指數(shù)式躍升）。電阻突升使PTC熱敏電阻成為極限溫度傳感器的理想選擇，允許其在適當(dāng)時機檢測敏感電子元件的臨界溫度。為此，溫度傳感器應(yīng)盡量靠近需保護(hù)的元件進(jìn)行安裝，從而確保良好的熱接觸和快速響應(yīng)時間。
如圖2所示，PTC傳感器與固定電阻器一同接入分壓電路中，從而產(chǎn)生溫度相關(guān)輸出電壓Vout，該電壓可根據(jù)PTC傳感器特性突然改變并直接控制某元件，如開關(guān)晶體管或比較器，從而觸發(fā)相關(guān)功能，以免過熱和發(fā)生損壞。如此一來，即可輕松打開風(fēng)扇或關(guān)閉負(fù)載元件和系統(tǒng)元件，所需成本極低。
所有熱點 盡在掌控
在IT設(shè)備（比如筆記本電腦）中，由于對流冷卻作用不足，必須對一些系統(tǒng)元件實施溫度監(jiān)測。整個板面為此分布了多個局部DC/DC轉(zhuǎn)換器（即負(fù)載點，POL）以生成接近負(fù)載的所需電壓，而非如常使用中心電源通過總線系統(tǒng)提供一個或多個電源電壓。
盡管當(dāng)前POL具有較高效率，但仍會產(chǎn)生熱耗，為避免局部過熱，常需監(jiān)測POL溫度，同樣也需對處理器、圖像卡芯片組、充電電池、光/磁碟機以及RAM和其它系統(tǒng)單元進(jìn)行溫度監(jiān)測。圖3所示為某筆記本電腦典型配置以及需監(jiān)測的熱點。
[page]PTC傳感器電阻隨溫度而發(fā)生的陡峭而迅速的變化允許單一簡易電路監(jiān)測多個熱點。舉例來說，如果需要同時監(jiān)測電路板上或設(shè)備中的7個不同熱點，可以選擇圖 4所示電路，在每個待測熱點處放置一個PTC。憑借其陡峭特性，所有PTC可實行串聯(lián)，仍能確保對每一處熱點進(jìn)行可靠監(jiān)測。
除了配置簡單可靠，該電路還有另一顯著優(yōu)勢：由于超級系列PTC傳感器在75 ~ 145℃范圍均有極限溫度差別是10 K的型號，因此可針對性地使用不同參考溫度監(jiān)測各熱點。表1所述為超級系列產(chǎn)品主要數(shù)據(jù)。
只要上一圖示中的7個PTC傳感器全部低于極限溫度，則所有系列相關(guān)傳感器的總電阻將低于10 k?。即使僅有一個系列相關(guān)傳感器超出極限溫度，電阻排的電阻值也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出10 k?。由于這個原因，也可以用分壓器來檢測超溫現(xiàn)象（見圖4）。[page]
該電路也可用于其它系統(tǒng)，如電源、UPS、變頻器、服務(wù)器、亮度調(diào)節(jié)器以及汽車電子系統(tǒng)。通常，因熱耗導(dǎo)致過溫出現(xiàn)而產(chǎn)生熱點的是功率半導(dǎo)體，比如MOSFET或IGBT，但也可能是電感器、變壓器、電容器和電機。
優(yōu)異的材料屬性
超級系列所用陶瓷均質(zhì)性特別好。圖5所示為愛普科斯0603芯片傳感器與業(yè)內(nèi)兩款同類產(chǎn)品的切面圖象，從中可發(fā)現(xiàn)明顯差異?？梢钥闯?，TDK-EPC新款產(chǎn)品均質(zhì)性明顯較高。陶瓷抗壓強度與其均質(zhì)性關(guān)系密切。圖6中測試結(jié)果確認(rèn)了這一關(guān)系：業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品的平均抗壓強度約為115 N/mm2，而超級系列所有材料試件的可承受壓縮負(fù)載均大于150 N/mm2。
均勻性和抗壓強度是元件性能和可靠性的主要參數(shù)。通過比較PTC芯片在波峰焊池中的表現(xiàn)即可發(fā)現(xiàn)，超級系列產(chǎn)品具有優(yōu)異性能。借助其超高均勻性，可在峰值溫度高達(dá)280 ℃時處理超級系列。然而，由于業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品陶瓷物質(zhì)均質(zhì)性較低，溫度沖擊將會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，一旦裂紋產(chǎn)生，產(chǎn)品將無法繼續(xù)使用。在一些情況下，業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品的波峰可焊性僅支持250 ℃的峰值溫度，或者根本無法進(jìn)行波峰焊。
圖6所示為超級系列產(chǎn)品和業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品在各種可靠性測試下的比較結(jié)果。具體測試項目主要針對使用壽命、熱沖擊和濕度。結(jié)果表明超級系列具有顯著優(yōu)勢。
