隨著電子系統(tǒng)越來越朝著多功能、更高性能和更小封裝的趨勢發(fā)展,系統(tǒng)散熱問題日漸成為設(shè)計環(huán)節(jié)中必須考慮的因素。系統(tǒng)過熱會降低性能,損壞元件或產(chǎn)生安全隱患。為跟蹤并降低系統(tǒng)散熱而引發(fā)的問題,通常需要監(jiān)控兩個參數(shù):持續(xù)溫度測量和過熱警報。隨著電子系統(tǒng)越來越朝著多功能、更高性能和更小封裝的趨勢發(fā)展,系統(tǒng)散熱問題日漸成為設(shè)計環(huán)節(jié)中必須考慮的因素。系統(tǒng)過熱會降低性能,損壞元件或產(chǎn)生安全隱患。為跟蹤并降低系統(tǒng)散熱而引發(fā)的問題,通常需要監(jiān)控兩個參數(shù):持續(xù)溫度測量和過熱警報。
持續(xù)溫度測量使處理器可以監(jiān)測到系統(tǒng)溫度的上升或下降,并根據(jù)測得的溫度采取彌補措施。例如,由于功率放大器(PA)會受到系統(tǒng)升溫的影響,因此它可以顯示增益的升高。增益升高導致功率放大器使用更大的功率,產(chǎn)生更多熱量,繼而使用更高的電能,這被稱為熱逸散。例如,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,過大的增益會導致電池比預(yù)期耗電更快。通過監(jiān)控溫度,處理器可以調(diào)節(jié)放大器的增益,從而確保功率的耗散與設(shè)計者預(yù)期相符。
在系統(tǒng)運行溫度超出設(shè)置的限制時,處理器會接收到二進制過熱警報信號。一個應(yīng)用范例是當系統(tǒng)中溫度即將超出元件的zui大運行溫度時。此時,處理器可以中止向元件供電,避免系統(tǒng)由于過熱而受到損壞。
分立熱敏電阻電路
用于進行持續(xù)溫度測量和過熱警報指示的傳統(tǒng)分離元件電路在傳感器元件中使用熱敏電阻器(熱敏電阻),通常采用負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。隨著溫度的升高,NTC熱敏電阻的電阻值降低(圖1)。
圖1:采用傳統(tǒng)熱敏電阻的電路。處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于采集溫度模擬電壓(VTEMP)。當溫度超出臨界值時,數(shù)字比較器的輸出端會驅(qū)動處理器的輸入端進行提示。
電壓分頻器直接衍生模擬溫度信號,作為熱敏電阻溫度模擬信號的電壓電平。RBIAS電阻器能夠設(shè)置電路增益,并使熱敏電阻保持在允許的功率內(nèi)工作,從而zui大限度地減小溫度導致的電阻誤差。過熱警報通過將熱敏電阻的輸出端與比較器的輸入端相連接而產(chǎn)生。參考電壓與比較器的另一輸入端相連,以設(shè)置比較器輸出端被激活的電壓值(過熱電平)。通過采用磁滯反饋回路用于避免比較器在VTEMP等于VREF時來回快速開關(guān)。
但是分立熱敏電阻解決方案會存在許多設(shè)計問題。而LM57集成模擬溫度傳感器和溫度開關(guān)能夠解決這些設(shè)計問題,并提高系統(tǒng)的性能。
集成的LM57電路
LM57不僅集成了分立熱敏電阻電路的功能,還改進了其性能。如圖2所示,我們可以看到元件數(shù)量變少了,但功能卻增加了。例如低態(tài)跳脫點輸出和輸入針腳使系統(tǒng)可以在原位置測試LM57的功能。
圖2:LM57集成電路應(yīng)用。處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于采集溫度模擬電壓(VTEMP)。當溫度超出臨界值時,過熱(TOVER)輸出端會驅(qū)動處理器的輸入端進行指示。跳脫點由兩個無源電阻器(RSENSE1和RSENSE2)設(shè)置,而不是由有效參考端和偏壓電阻器設(shè)置。
度
任何溫度傳感器電路中zui重要的測量參數(shù)之一是總體電路的度(或誤差)。在設(shè)計分立電路解決方案時,各元件的誤差會累加得出測量值的zui大總誤差。例如,分立熱敏電阻電路(圖1)中的VTEMP模擬溫度輸出端將同時受到熱敏電阻和電阻器RBIAS的度影響。TOVER數(shù)字警報的度不僅受到VTEMP的度影響,還受到比較器、反饋電阻器和磁滯電阻器的固有誤差影響。例如,如果使用此電路控制大型HVAC系統(tǒng),這些誤差可能引起大型系統(tǒng)在不需要工作時繼續(xù)運轉(zhuǎn),從而導致系統(tǒng)產(chǎn)生過多的功率。
LM57*集成(圖3),所有組成部分的輸入輸出都包含在LM57的校對流程中,因此不會產(chǎn)生以上所提到的誤差源。同時,系統(tǒng)設(shè)計員不需要累加各組成元件的誤差,從而得出總誤差。LM57能保證VTEMP模擬輸出的zui大誤差為±0.7℃,TOVER警報輸出的zui大誤差為±1.5℃。
NTC電路的另一個誤差源是VTRIP的誤差。zui大程度降低這一誤差的一種途徑是使用高精度參考端。但是,比較器的輸入端會收集到來自參考端的噪聲。比較器的跳脫點會隨著噪聲產(chǎn)生的信號電平的變化而不同。LM57采用一種技術(shù)從而解決了這個問題。用戶可以通過選擇兩個電阻器RSENSE1和RSENSE2的值設(shè)置VTRIP的值。LM57使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器確定跳脫電壓范圍。只要感應(yīng)線路中電壓在范圍內(nèi),跳脫溫度就不會產(chǎn)生變化。這表示LM57感應(yīng)輸入不會受到輸入端適量噪聲的影響。這還意味著只要電阻器的容差在1%或更低,各電阻器的跳脫點就不會變化。