January 6, 2025
NTC熱電阻は熱感のある抵抗要素で,抵抗値は温度上昇とともに急速に低下します.この特性により,超熱から回路を保護するための温度保護装置として使用され,温度センサーとして使用されます.AOLITTELは,蓄積された材料技術と多層処理技術を利用して,SMD NTCサーミストールの様々なサイズを提供しています.この記事では,温度検出と温度補償のための温度保護装置のアプリケーションを説明します..
SMD NTC サーミストールの利点
NTC熱電阻は,負の温度係数 (NTC) を有する半導体セラミクを使用した温度敏感レジスタ元である.抵抗は温度上昇とともに指数的に減少しますRT 曲線が急ければ急に,指定された温度範囲内の抵抗の変化が大きい.この特性により,彼らはしばしば温度センサーとして使用され,温度測定や温度補償などの目的のために温度保護装置として使用されます..
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-temperature例えば,トランジスタや結晶共振器を用いた電子回路の動作は,温度変化により微妙に不安定になります.NTC サーミストアは,温度変化に対する回路の望ましくない反応を補うのに特に適しています2つの例は,電源電子機器の作業点安定化とLCDディスプレイの明るさ制御である.
NTC熱電極は,ディスク,ガラスキャプセル化二極管,樹脂で覆われた鉛型,SMD型を含む多くの異なるデザインで利用できます.多層技術に基づくSMD NTC熱電阻は,PCBボードの温度保護が必要なときに最初の選択です以下は,温度検出および温度補償などの目的のための温度保護装置としてSMD NTCサーミストールのアプリケーションです.
* テキストと図表で言及されているNTCサーミストールはSMDNTCサーミストールです.また,回路図も簡素化されています.
スマートフォンとタブレットの温度検出と温度補償
多くのNTCサーミストアは,温度検出と温度補償のためにスマートフォンやタブレットで使用されています.
図1: スマートフォンとタブレットにおけるNTCサーミストールの主要温度検出および温度補償アプリケーション
基本回路は,NTC熱istorと固定抵抗が連続接続されている電圧分割回路である. 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.
この変更は,温度補償動作を開始し,回路構成要素を過熱から保護するためにマイクロコントローラーに送られます.
図2: 温度検出と温度補償のための基本回路
適用例:モバイルデバイスのバッテリーパックの温度検出
すべての充電電池,特にリチウムイオン電池は,スマート充電回路によって監視され保護されなければならない.電池から電力を抽出するモバイル通信装置は様々な環境で動作しなければならないため低温と高温操作を含む.
温度検出装置として,NTC熱電極は保護回路で使用されます.NTC熱電極は,さまざまな目的のために環境温度を検出することができます.バッテリーシステムによって特に高速充電では,すべての電池が熱と冷の温度範囲で充電することを許さないため,環境温度を測定する必要があります.通常 0 °C から 45 °C まで の 充電 温度 で ゆっくり 充電 する, 5 °C,10 °Cから45 °Cまでの速充電は,バッテリー組の化学成分に応じて,バッテリーパックメーカーによって推奨されます.
NTC熱istorはスマート充電制御ユニット (下記回路参照) の一部であり,環境温度は高速充電を可能にする範囲内であることを保証します. 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.
放電中に NTC サーミストアは電圧測定の温度補償も行い,バッテリーの残った電荷を測定するのに役立ちます.
図3:モバイルデバイスのバッテリーパックの温度検出
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スマートフォンや他のデバイスのマイクロコントローラが過熱から保護されなければならず,その操作の信頼性が確保される.下の図は,NTC熱istorと固定抵抗 RS の組み合わせからなる電圧分割回路を使用するマイクロコントローラ温度保護回路を示しています超電流が流れると,NTC熱istorの温度が上昇し,抵抗が低下し,マイクロコントローラーの駆動電圧が抑制されます.効果的な温度保護を達成するために,小さなSMD NTC熱電極と抵抗は,回路板または熱を生成する部分にマウントされています.
図4:マイクロコントローラ用の温度検出
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多くの携帯電子ソリューションでは,LEDは一般照明や自動車照明に広く使用されており,高明るさがますます普及しています.解決策は高明度のLED (HBLED) です常識的な照明よりも多くの利点があるが,他の半導体装置と同様に熱を発生させる.したがって,課題の一つは熱管理である.一般的には高品質のLEDは 適切に操作された場合 10万時間以上動作する 頑丈な装置です高温で寿命が大幅に短縮され 明るさに悪影響を与える最大寿命を保証するために,LEDメーカーは通常,電流減速を50°Cから80°Cの温度で開始することを推奨します.温度制御なしでは,設計者は温度がLEDの推奨値を下げる限界値を超えないことを確認しなければならない.LEDの全明るさを犠牲にします この電流は,電流の最大値の 57%に制限されます.NTCサーミストアは,魅力的な価格/性能比のために照明の温度センサーと制御のための好ましい選択になりますLEDは,環境温度の低さで電流が増加し,温度が上昇すると電流が低下します.LEDの寿命が向上するだけでなく最良の性能のために,NTCセンサーの熱電阻はLEDの近くまたはLEDボードのホットスポットに置く必要があります.
特定のIC LEDドライバに基づいて異なるトポロジーを使用することができる.NTC熱電阻は,感知電圧がパルス幅調節率 (PWM) に影響することによって, LED電流を間接的に制御できる抵抗ネットワークで動作することができます.. 別のオプションは下記の図に示されています.ここでNTC熱電極は,LED電流感知支線で使用され,より高い温度でフィードバック信号に影響を与えます.この配置では,NTCは,恒常電圧源に接続する必要があります.,例えば,ドライバーが供給する基準出力電圧.
図5:LED照明システムの温度検出
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PCやその他のスマート電子機器のストレージデバイスとして使用されるHDDは熱に敏感なデバイスで,高温はエラーや故障の可能性を増やす.この理由から温度センサーが温度を検知し,温度が定義された値を超えると,扇風機がオンになり,装置を冷却します. 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 IC下の図は,温度センサーICをNTC熱istorに置き換えることを示しています.
図6:HDDの温度検出
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HDDへのデータ書き込みは,記録頭にあるコイルによって生成される磁力を用いて磁盤 (磁盤) の磁層に磁気記録を行う.書きすぎると 頭部 が 過熱 し て 頭部 の 部分 に 悪い 影響 を 及ぼし ますこのため,下図のようにNTC熱istorを搭載した温度検出回路が頭を通る電流を制御するために使用されます.
図 7: HDD のヘッド 書き込み 動作 の 温度 検出
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熱型紙に印刷する熱型プリンタは,POSキャッシング機の領収書プリンター,バーコードまたはラベルプリンターとして使用されます.熱頭の温度は,印刷文字の飽和度と厚さの両方に相関する温度が高くなるほど 暗く厚くなります恒常な印刷品質を維持するために,電圧は熱頭に供給される電流のパルス幅を変更することによって制御されます下の図は,NTC熱電極を用いた温度検出回路ブロックの例を示しています.
図 8: 熱プリンタの温度制御
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スマートフォン,タブレット,その他のコンパクトデバイスで使用されるLCDディスプレイのコントラストは,温度に依存し,環境温度に応じて変化します.周囲の温度に応じて駆動電圧を調整する必要があります.下の図は,NTC熱電極と固定抵抗の組み合わせを用いた典型的な温度補償回路を示しています.
図 9: LCD の温度補償
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結晶振動器は,PCなどの電子機器で,参照周波数 (時計参照信号) を生成するために使用される.以下のグラフのように,水晶共鳴器の温度特性は,標準温度 (25 °Cはほとんどの場合) の屈曲点を持つ立方曲線を描く振動する周波数偏差 (垂直軸) は,主に温度に依存する. 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 areaこのようなアナログ補償回路は,NTC熱istor,コンデンサター,およびレジスタントを使用します.内部温度補償回路を持つ結晶振動器はTCXO (温度補償結晶振動器) と呼ばれる..
図10: 水晶振動器の温度補償
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多くのMEMSピエゾレシスティブ半導体圧力センサーは,多くの家電,工場の自動生産ライン,自動車アプリケーションなどで使用されています. 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 bridgesセンサー要素の間で抵抗の違いが生じる.ブリッジ回路の両端から電気信号を生成する.
ピエゾレシシブ半導体圧力センサーは,小サイズと高い感度がありますが,センサー要素の感度が温度に依存しているため,補償回路が必要です.下の図は,NTC熱istorと固定抵抗の組み合わせによる補償回路を示しています.温度補償は,NTC熱istorの温度依存抵抗経由で圧力センサーに適用される電圧を制御することによって実現されます.他の様々な種類の補償回路も開発されています.
図11:半導体圧力センサーの温度補償
半導体の熱保護
半導体は動作中に高温から保護する必要があります.NTC熱電阻は,電源モジュールの内側にある基板に設置され,モジュールを搭載したヒートシンク温度を監視する (図)NTC熱istorの端末は,コントローラの比較器に接続されます. NTC熱istorの抵抗が,事前に決定された値を下回った瞬間に,パッケージ内の温度を下げるためにすべての半導体を通して電力を減らす.
特に電源モジュールに広帯域半導体 (GaNまたはSiC) が使用される場合,標準シリコンと比較して,より高い動作温度につながります.部品の別々のマウント方法が必要かもしれません.標準シリコンでは 溶接や粘着が十分でした高温の稼働により,コンポーネントをDCB (直接銅結合) と結合接続に固定するシンタリングプロセスが求められる.金,銀,アルミのワイヤーで接続を施す.
図12:電源モジュールの内側にある基板に搭載されたSMD NTC温度計
