Como usar a microplaqueta NTC Thermsitors dos dispositivos de proteção da temperatura

Os termistores NTC são elementos de resistência sensíveis ao calor cujos valores de resistência diminuem rapidamente com o aumento da temperatura.são utilizados como dispositivos de protecção da temperatura para proteger os circuitos contra o sobreaquecimento, bem como sensores de temperaturaA AOLITTEL oferece vários tamanhos de termistores SMD NTC, aproveitando as nossas tecnologias de materiais acumuladas e uma tecnologia de processamento multicamadas.Este artigo descreve aplicações de dispositivos de proteção de temperatura para detecção de temperatura e compensação de temperatura.

Vantagens dos termistores SMD NTC

Os termistores NTC são elementos de resistência sensíveis à temperatura que utilizam cerâmica semicondutora com coeficientes de temperatura negativos (NTC).Isso significa que a resistência diminui exponencialmente com o aumento da temperaturaQuanto mais íngreme for a curva RT, maior será a variação da resistência dentro de um intervalo de temperatura especificado.São frequentemente utilizados como sensores de temperatura e também como dispositivos de proteção de temperatura para fins como medição de temperatura e compensação 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 exemplo, o funcionamento de um circuito eletrónico que utiliza um transistor ou um ressonador de cristal torna-se sutilmente instável com as alterações de temperatura.Os termistores NTC são particularmente adequados para compensar a resposta indesejável de um circuito às alterações de temperaturaDois exemplos são a estabilização do ponto de trabalho da electrónica de potência e o controlo do brilho dos ecrãs LCD.

Os termistores NTC estão disponíveis em muitos projetos diferentes, incluindo discos, diodos encapsulados em vidro, revestidos com resina e tipos SMD.Os termistores SMD NTC baseados na tecnologia multicamadas são a primeira escolha quando é necessária proteção de temperatura em uma placa de PCBOs seguintes são aplicações de termistores SMD NTC como dispositivos de protecção da temperatura para fins tais como detecção de temperatura e compensação de temperatura.
* Os termistores NTC referidos no texto e nos diagramas são termistores SMD NTC.

Exemplo de aplicação: detecção e compensação de temperatura para smartphones e tablets

Muitos termistores NTC são usados em smartphones e tablets para detecção de temperatura e compensação de temperatura.

Fig. 1: Principais aplicações de detecção e compensação de temperatura dos termistores NTC em smartphones e tablets

O circuito básico é um circuito de divisão de tensão com um termistor NTC e um resistor fixo conectados em 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.
Esta alteração é enviada para um microcontrolador para iniciar ações de compensação de temperatura e proteger os componentes do circuito de superaquecimento.

Fig. 2: Circuitos de base para detecção de temperatura e compensação de temperatura

Exemplo de aplicação: detecção de temperatura para baterias de dispositivos móveis

Todas as baterias recarregáveis e, em especial, as baterias de íons de lítio, devem ser monitorizadas e protegidas por circuitos de carga inteligentes,Como o dispositivo de comunicação móvel que obtém energia das baterias deve funcionar em diversos ambientes, incluindo operações a baixas e altas temperaturas.
Como dispositivos de detecção de temperatura preferidos, os termistores NTC são utilizados nos circuitos de proteção.Dependendo do sistema de bateriasEspecialmente para carregamento rápido, a temperatura ambiente tem de ser medida, uma vez que nem todas as baterias permitem a carga na faixa de temperatura quente e fria.Temperaturas de carregamento normais de 0 °C a 45 °C para carregamento lento, e 5 °C, 10 °C até 45 °C para carregamento rápido são recomendados pelos fabricantes de baterias, dependendo da química da bateria.
O termistor NTC faz parte de uma unidade de controle de carregamento inteligente (ver circuito abaixo), que garante que a temperatura ambiente esteja na faixa que permite o carregamento rápido. 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 a descarga, os termistores NTC também realizam uma compensação de temperatura para a medição da tensão, o que ajuda a medir a carga remanescente na bateria.

Fig. 3: Detecção de temperatura para baterias de dispositivos móveis

Exemplo de aplicação: detecção de temperatura para microcontroladores

Os microcontroladores dos telemóveis inteligentes e de outros dispositivos devem ser protegidos contra o sobreaquecimento para garantir a sua fiabilidade de funcionamento.O diagrama abaixo mostra um circuito de proteção de temperatura do microcontrolador que emprega um circuito de divisão de tensão composto por uma combinação de termistor NTC e resistores fixos RSQuando uma sobrecorrente flui, a temperatura do termistor NTC sobe e a sua resistência diminui, suprimindo assim a tensão de accionamento do microcontrolador.A fim de obter uma proteção de temperatura eficaz, pequenos termistores e resistores SMD NTC são montados na placa de circuito ou na parte geradora de calor.

Fig. 4: Detecção de temperatura para microcontroladores

Exemplo de aplicação: detecção de temperatura para sistemas de iluminação LED

Em muitas soluções eletrônicas portáteis, os diodos emissores de luz (LEDs) são amplamente utilizados em iluminação geral e iluminação automotiva, onde o alto brilho está se tornando cada vez mais popular.A solução são os LEDs de alto brilho (HBLEDs)Os sistemas de iluminação de semicondutores, que apresentam numerosas vantagens face à iluminação convencional, geram calor, mas, como qualquer outro dispositivo semicondutor, um dos desafios é, consequentemente, a gestão térmica.Em geral., LEDs de alta qualidade são dispositivos robustos que podem funcionar por mais de 100.000 horas quando manuseados adequadamente.As altas temperaturas podem reduzir significativamente a sua vida útil e afetar negativamente o seu brilhoPara garantir uma vida útil máxima, os fabricantes de LEDs recomendam geralmente que a desativação da corrente seja iniciada a temperaturas entre 50 °C e 80 °C.Sem controlo de temperatura, o conceitador deve assegurar que a temperatura nunca exceda o limiar de redução recomendado do LED., ou limitar a corrente por um resistor a 57% da classificação máxima, que sacrifica o brilho total do LED.Isso torna os termistores NTC a escolha preferida para detecção e controlo de temperatura na iluminação devido à sua relação preço/performance atraentePermitem que os LEDs sejam utilizados em plena capacidade operacional durante uma determinada vida útil, o que significa uma corrente mais elevada a uma temperatura ambiente mais baixa e uma corrente mais baixa adaptada quando a temperatura aumenta.Isto não só melhora a vida útil do LEDPara o melhor desempenho, o termistor de detecção NTC deve estar localizado perto dos LEDs ou no ponto de acesso da placa LED.
Podem ser utilizadas diferentes topologias com base em controladores de LED de circuito integrado específicos.Um termistor NTC pode operar em uma rede de resistência onde a tensão do sensor pode controlar indiretamente a corrente LED influenciando a relação de modulação de largura de pulso (PWM)Outra opção é mostrada no diagrama abaixo. Aqui o termistor NTC é usado no ramo de sentido de corrente LED para influenciar o sinal de feedback em temperaturas mais altas.Nesta configuração, o NTC deve estar ligado a uma fonte de tensão constante, por exemplo, uma tensão de saída de referência fornecida pelo condutor.

Fig. 5: Detecção de temperatura para sistemas de iluminação LED

Exemplo de aplicação: detecção de temperatura para discos rígidos

Um disco rígido, que é usado como dispositivo de armazenamento de PCs e outros dispositivos eletrônicos inteligentes, é um dispositivo sensível ao calor, e uma temperatura elevada aumenta as possibilidades de erros e falhas.Por esta razão, um sensor de temperatura detecta a sua temperatura, e quando a temperatura excede um limiar definido, um ventilador é ligado para arrefecer o 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 ICO diagrama abaixo mostra a substituição de um sensor de temperatura IC por um termistor NTC.

Fig. 6: Detecção de temperatura para HDDs

Exemplo de aplicação: detecção de temperatura para operações de gravação com cabeça de HDD

A gravação de dados em um HDD é a gravação magnética na camada magnética da bandeja (disco magnético) usando o magnetismo gerado por uma bobina na cabeça de gravação.A escrita excessiva pode causar o sobreaquecimento da cabeça e afetar negativamente elementos da cabeçaPor esta razão, um circuito de detecção de temperatura com um termistor NTC, tal como mostrado no diagrama abaixo, é utilizado para controlar a corrente que flui através da cabeça.

Fig. 7: Detecção de temperatura para operações de gravação da cabeça do HDD

Exemplo de aplicação: controlo de temperatura para impressoras térmicas

As impressoras térmicas, destinadas a imprimir em papel térmico, são utilizadas como impressoras de recibos de caixas registadoras de pontos de venda e impressoras de códigos de barras ou de rótulos.A temperatura de uma cabeça térmica correlaciona com a saturação e espessura dos caracteres impressos: Quanto mais alta a temperatura, mais escuras e grossas são.Para manter uma qualidade de impressão constante a tensão é controlada alterando a largura do pulso da corrente fornecida para a cabeça térmicaO diagrama abaixo mostra um exemplo de um bloco de circuito de detecção de temperatura utilizando um termistor NTC.

Fig. 8: Controle de temperatura para impressoras térmicas

Exemplo de aplicação: compensação de temperatura para LCDs

O contraste dos ecrãs LCD, utilizados em smartphones, tablets e outros dispositivos compactos, depende da temperatura e varia em função da temperatura ambiente.É necessário ajustar a tensão de accionamento de acordo com a temperatura ambienteO diagrama abaixo mostra um circuito típico de compensação de temperatura que utiliza uma combinação de termistores NTC e resistores fixos.

Fig. 9: Compensação de temperatura para LCDs

Exemplo de aplicação: compensação de temperatura para osciladores de cristal

Um oscilador de cristal usando um ressonador de cristal é usado em dispositivos eletrônicos como PCs para gerar uma frequência de referência (sinal de referência do relógio).a propriedade de temperatura de um ressonador de cristal desenha uma curva cúbica com um ponto de inflexão na temperatura padrão (25 °C na maioria dos casos), e um desvio de frequência oscilante (eixo vertical) que é em grande parte dependente da 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 areaTais circuitos de compensação analógicos utilizam um termistor NTC, um capacitor e um resistor.Um oscilador de cristal com um circuito interno de compensação de temperatura é chamado de TCXO (oscilador de cristal compensado por temperatura).

Fig. 10: Compensação de temperatura para osciladores de cristal

Exemplo de aplicação: compensação de temperatura para sensores de pressão de semicondutores

Muitos sensores de pressão de semicondutores piezoresistivos MEMS são usados em muitos aparelhos domésticos, linhas de produção automatizadas em fábricas, aplicações automotivas e outros. 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 bridgesQuando o diafragma é pressionado por uma pressão proveniente de um meio, produz-se uma diferença de resistência entre os elementos do sensor,que, em seguida, gera um sinal elétrico a partir de ambas as extremidades do circuito ponte.
Os sensores de pressão de semicondutores piezoresistivos apresentam tamanho pequeno e alta sensibilidade, mas como a sensibilidade dos elementos do sensor é dependente da temperatura, é necessário um circuito de compensação.O diagrama abaixo mostra um circuito de compensação com uma combinação de um termistor NTC e resistores fixos.A compensação de temperatura é realizada através do controlo da tensão aplicada ao sensor de pressão através da resistência dependente da temperatura do termistor NTCForam igualmente desenvolvidos vários tipos de outros circuitos de compensação.

Fig. 11: Compensação de temperatura para sensores de pressão de semicondutores

Exemplo de aplicação: Proteção térmica de semicondutores

Os semicondutores devem ser protegidos contra temperaturas excessivas durante o funcionamento.Um termistor NTC é colocado no substrato no interior do módulo de alimentação para monitorizar a temperatura do dissipador de calor em que o módulo está montado (diagrama)Os terminais do termistor NTC serão ligados ao comparador do controlador.O controlador irá reduzir a potência através de todos os semicondutores para diminuir a temperatura dentro do pacote.
Especialmente quando os semicondutores de banda larga (GaN ou SiC) são utilizados em módulos de potência, isto leva a temperaturas de funcionamento mais elevadas em comparação com o silício padrão,e diferentes métodos de montagem dos componentes podem ser necessáriosEmbora a solda ou colagem fosse adequada para o silício padrão,As temperaturas de funcionamento mais elevadas exigem agora principalmente processos de sinterização para ligar componentes ao DCB (ligação direta de cobre) e ligações de ligação, com fio de ouro, prata ou alumínio utilizado para implementar a interconexão.

Fig. 12: Termistores SMD NTC montados no substrato no interior do módulo de alimentação