EN
SMD термисторът е изключително чувствителен и миниатюрен температурен сензор, изработен от керамични полупроводникови материали, и се класифицира като повърхностно монтиран компонент (SMD). При промяна на температурата миниатюрните SMD термистори променят своето съпротивление, което позволява реалновременно и точно измерване на температурата в по-компактни и по-малки електронни устройства. SMD термисторите могат да се монтират директно върху печатна платка (PCB). Техният малък размер, заедно с бързата им термична реакция, ги прави изключително желани за употреба в съвременни батерии, автомобили и всички видове системи, които изискват захранване.
Това, което отличава SMD термисторите, са различните механизми на отговор – а именно NTC и PTC. NTC означава „отрицателен температурен коефициент“. Когато температурата на NTC термисторите нараства, съпротивлението намалява. Този механизъм на отговор прави NTC термисторите идеални за приложения, изискващи измервания с висока точност, като например системи за управление на батерии и биомедицински приложения. От друга страна, PTC („положителен температурен коефициент“) термисторите имат съпротивление, което нараства, когато се превишава критична температура. Този механизъм на отговор ги прави полезни като самовъзстановяващи се устройства за защита от токове над нормата в електрозахранвания и електродвигатели.
Различията в механизма на отговор за NTC и PTC термистори са свързани с химичния състав на материала. NTC термисторите използват комбинация от метални оксиди, като например манган, никел и кобалт, докато PTC термисторите използват бариев титанат. Термисторите на бариев титанат предизвикват рязък скок в съпротивлението при критичната „превключваща“ температура, която е проектирана така, че да осигурява безопасен работен ток < 100 mA. NTC термисторите се използват предимно в приложения за измерване на температурата, докато PTC термисторите се използват предимно в защитни приложения.
Конструкцията на термисторите с повърхностно монтиране (SMD) е довела до значителни структурни предимства. Елиминирането на стандартните лостови конектори (характерна черта за компоненти, които не са от тип SMD) позволява директно закрепване на плоската повърхност на термистора към печатната платка (PCB). Това директно закрепване намалява топлинното съпротивление и по този начин осигурява подобрен топлинен пренос. Директното закрепване също осигурява подобрена механична поддръжка и стабилност.
- Съвместимостта с автоматизираната сглобка намалява вариабилността на производствените разходи. В комбинация херметичното запечатване или запечатването, съответстващо на стандарта AEC-Q200, осигурява стабилно решение при влажни или термично агресивни условия, както и дългосрочна стабилност.
Критерии за избор на SMD термистори
Съответствие на кривите съпротивление–температура
Чувствителността на термистора в целия работен диапазон на системата се определя от кривата на зависимостта между съпротивлението и температурата (R-T). Номиналното съпротивление при 25 °C (R25) е критично. По-високите стойности на R25 намаляват самоогряването, но водят до по-голяма податливост към електромагнитни смущения (EMI). В противоречие с това по-ниските стойности подобряват устойчивостта към шум, но увеличават топлинното отклонение.
Стойността бета (B), изчислена между две референтни температури, определя стръмността на кривата. За прецизни промишлени или медицински сензори, при които е критично да се регистрират вариации под един градус, идеален е термистор с B₂₅/₈₅ ≥ 4000 K, тъй като осигурява фин отговор на топлинните промени.
Определя се абсолютната точност в целия диапазон на самозагряващия се коефициент B и допуска (±1 % до ±5 %). В автомобилните електронни контролни единици (ECU), където температурата на околната среда варира между −40 °C и +125 °C, термистор с допуск ±0,5 °C може да осигури калибрация без необходимост от повторна калибрация на място. За потребителски проекти грешката ±2 °C често е приемлива.
Самозагряването е значителен източник на грешка при измерване. Например, разсейването на 0,1 mW мощност върху сензор предизвиква грешка при измерването от 0,1 °C. Съществуват няколко начина за намаляване на самозагряването:
· Поддържайте тока за възбуждане ≤100 µA
· Използвайте импулсно възбуждане в системи с батерийно захранване
· Избирайте варианти с по-висока стойност R25, когато това е приложимо в веригата за обработка на сигнала
В автомобилните системи стабилността на коефициента B трябва да бъде потвърдена в рамките на квалификацията AEC-Q200, включително устойчивост към влага, термично циклиране и валидация чрез изпитание за срок на експлоатация от 5000 часа.
Проектиране с повърхностно монтирани термистори: подредба, калибрация и условие на сигнала
Резултатът от прецизното измерване на температурата е функция на добре обмислен дизайн, а не само на умно избрани компоненти. Например лошо проектирана подредба може да внесе грешка в измерването, по-голяма от ±2 °C. По същия начин, ако сигналът не се обработи правилно, това е равносилно на изхвърляне на данните. В системите за измерване на температурата има много източници на грешки.
Най-добрите практики при подредбата на печатната платка за намаляване на топлинната грешка
Уверете се, че термисторите са разположени възможно най-далеч (≥5 мм) от източниците на топлина на платката (като стабилизатори на напрежение, MOSFET-ове и др.) и използвайте термични отводни площадки и заземени термично изолирани равнини, за да термично декоплирате сензорните възли от температурните градиенти на платката. Не прокарвайте никакви високотокови трасета близо до зоната за измерване. Например ток от 100 mA, протичащ по трасе, което е на 2 мм разстояние от зоната за измерване, може да предизвика повишаване на температурата (паразитно затопляне) от около 0,3 °C.
Ранното откриване на горещи точки чрез топлинно моделиране на разположението е полезно. Някои неща, които трябва да се имат предвид, включват:
Балансиране на медта за изравняване на топлинната маса около контактните площи на сензорите
Подобряване на топлопроводността към вътрешните слоеве чрез стратегично разполагане на преходни отвори (via) под контактните площи
Ослабяване на влиянието на въздушните течения в околната среда чрез конформно покритие в среди с променливи условия на експлоатация
Проектиране на аналоговия входен блок: делители на напрежение, интерфейс към АЦП и линеаризация
Проектирайте делители на напрежение за термистори, използващи прецизни резистори (допуск ±0,1 %) и термично съгласувани с номиналното съпротивление R25 на термистора, за да се минимизира грешката в усилването. Използвайте опорно напрежение за АЦП ≥1 V, за да се намали грешката от квантова дискретизация при NTC с ниско R25. NTC-елементите проявяват нелинейно поведение спрямо температурата. За компенсиране на това използвайте един от следните методи:
а) внедряване на програмен подход за парченна линеаризация в твърдото ужасно (firmware), с 3 до 5 сегмента, дефинирани в точките за калибриране от интерес, като например –10 °C, 25 °C, 85 °C
б) използване на аналогови компенсиращи ИС, които са проектирани да осигуряват почти линеен отговор – напрежение спрямо температура
В прецизни приложения е важно токът за възбуждане да се ограничи до стойност, равна или по-малка от 100 µA. По-високите токове могат да предизвикат самоогряване, а артефактите, свързани с термичния отговор, може да доведат до неточности или липса на повторяемост.
Съображения за надеждност и реални приложения
Примери за употреба в автомобилни ЕСУ, управление на батерии и захранващи блокове
SMD термисторите са незаменими за термичната безопасност и реалновременната ефективност:
Те осигуряват термична защита на индукторите и трансформаторите от прегряване чрез автоматично намаляване на мощността или изключване в импулсните захранващи блокове.
Те позволяват динамично ограничаване на тока, за да се предотврати термичен разгон в системите за управление на батерии (BMS), като следят и реагират на аномалии в температурата на клетките по време на бързо зареждане и разреждане.
Те осигуряват наблюдение в реално време на топлинната производителност на електронните управляващи блокове (ECU) за автомобилни двигатели, кабини и тягови батерии. Това става все по-важно за хибридни и електрически превозни средства, където топлинните граници са тесни, а последствията от повреда са сериозни.
Стабилност през целия срок на експлоатация, устойчивост към влага и съответствие със стандарта AEC-Q200
Системите с критично значение за мисията трябва да осигуряват дългосрочна точност. SMD термисторите са стабилни в рамките на ±0,5 °C след 10 000 часа експлоатация, което е потвърдено чрез изпитания по методите на MIL-STD-202. Устойчивостта към влага до степен IP67 се постига чрез варианти с епоксидно запечатване, което гарантира правилното функциониране на системите за климатичен контрол и на външни телекомуникационни шкафове.
Съответствието с AEC-Q200 потвърждава пригодността за автомобилни системи за безопасност. Компонентите се подлагат на изпитания за влажност, 1000 термични цикъла (−55 °C до +150 °C), вибрации и лепкавост. Според проучването за надеждност в автомобилната индустрия за 2023 г., проведено от Института Понеон, средната стойност на разходите по отзовавания, свързани с термосензори, е 740 000 щ.д.
Коефициент на надеждност — показател за производителност, индустриален стандарт
Експлоатационен живот: отклонение ±0,5 °C след 10 000 часа според MIL-STD-202
Защита от външна среда: влагозащита IP67 според IEC 60529
Автомобилна валидация: 1000 цикъла на термичен шок според AEC-Q200
Често задавани въпроси
Какво е SMD термистор?
SMD термисторът е полупроводниково-керамичен повърхностен монтиран уред за измерване на температурата. Използва се в малки електронни устройства с ограничено пространство и висока термична чувствителност чрез директно монтиране върху печатни платки (PCB).
Каква е разликата между NTC и PTC термистори?
NTC термисторите имат съпротивление, което намалява с нарастване на налягането. PTC термисторите, от друга страна, увеличават съпротивлението си след достигане на определена температурна граница, откъдето идва и означението PTC. NTC термисторите се предпочитат в случаи, когато е необходима висока точност при измерване на температурата, докато PTC термисторите се използват при ситуации на токова претоварване.
Как SMD термисторите подобряват предаването на топлина?
SMD термисторите нямат изводи и се монтират директно върху печатни платки (PCB), което намалява топлинното съпротивление и подобрява предаването на топлина. Благодарение на директното закрепване се минимизира топлинното закъснение, което подобрява механичната устойчивост.
