Компания Texas Instruments представила семейство кремниевых PTC-термисторов, которые обеспечивают на 50% более высокую точность измерений по сравнению с традиционными NTC-элементами благодаря линейной характеристике и минимальной нелинейности.
Недостатки NTC-термисторов и необходимость альтернатив
Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) широко применяются в промышленности, автомобилестроении, медицине и потребительской электронике. Они привлекают разработчиков низкой стоимостью, широким диапазоном рабочих температур и относительной простотой интеграции в схемы. Однако NTC-элементы обладают существенным недостатком: их сопротивление нелинейно зависит от температуры, хотя и плавно.
Для компенсации этой нелинейности инженеры вынуждены прибегать к различным методам:
многоточечная калибровка датчика;
использование нескольких термисторов с перекрывающимися диапазонами;
таблицы поиска с интерполяцией;
расчёты коррекции на основе уравнения Штейнхарта-Харта или полиномиальной аппроксимации.
Все эти подходы усложняют конструкцию, увеличивают габариты печатной платы и поднимают стоимость системы.
PTC-термисторы серии TMP61-TMP64
Texas Instruments разработала семейство кремниевых PTC-термисторов (с положительным температурным коэффициентом) как дополнение к традиционным NTC-датчикам. Ключевая особенность этих элементов — высокая линейность переходной характеристики сопротивления от температуры.
Серия включает несколько модификаций с разными номинальными сопротивлениями:
TMP61 — 10 кОм при 25°C;
TMP63 — 100 кОм при 25°C;
TMP64 — 47 кОм при 25°C.
Максимальная нелинейность TMP61 составляет ±1% в диапазоне от 0 до 70°C при рабочем диапазоне всей микросхемы от -40 до +125°C. Температурный коэффициент сопротивления (TCR) равен 6400 ppm/°C при 25°C с типичным допуском ±0.2% на всём диапазоне работы. Аналогичные параметры характерны и для других модификаций серии.
По сравнению с NTC-термисторами PTC-элементы предлагают:
исключение или минимизацию схем линеаризации;
калибровку в единственной точке вместо многоточечной;
меньшее разброс сопротивления между экземплярами одного номинала;
повышенную чувствительность при высоких температурах;
упрощение конструкции и снижение стоимости системы на 33% и более за счёт уменьшения требуемых вспомогательных компонентов и площади печатной платы.
Защита от коротких замыканий
Температурные датчики часто работают в суровых условиях, поэтому надёжность является критическим параметром. Термисторы могут питаться от источника напряжения или тока, каждый подход имеет свои преимущества и недостатки. При коротком замыкании сенсора возможны системные отказы.
Для предотвращения критических отказов PTC-термисторы Texas Instruments оснащены встроенной защитой при коротких замыканиях, которая ограничивает влияние неисправности на остальную систему.
Конструктивное исполнение и комплектация
Размер датчика влияет на его тепловую постоянную времени и скорость отклика, что особенно важно при необходимости размещения сенсора вблизи точки измерения. TMP61 предлагается в трёх вариантах корпусов:
0.60 x 1.00 мм (совместимый с 0402);
4.00 x 3.15 мм (TO-92S);
0.80 x 1.20 мм (SOT-5X3).
TMP63 выпускается в корпусе 0.60 x 1.00 мм. Кроме того, модели TMP61 (10 кОм) и TMP63 (100 кОм) доступны в автомобильной версии с расширенными гарантиями надёжности. Начальная цена компонентов составляет от 0.05 доллара США при заказе партии в 1000 единиц.
Оценка и разработка
Для тестирования и разработки приложений компания Texas Instruments предлагает комплект оценки TMP6EVM. Модуль поддерживает питание от USB-разъёма или батарейки CR2032 и включает цифровой датчик TMP116 для локальной температурной привязки, а также два аналоговых канала для подключения внешних PTC-термисторов.
Конструкция платы позволяет отделить сенсорную секцию от основного блока, что даёт возможность эмулировать реальные системы, где датчик расположен удалённо от управляющего контроллера. Встроенный дисплей LCD обновляет показания температуры в реальном времени с частотой 2 Гц.
