探索 ISOTMP35-Q1：汽車級(jí)隔離溫度傳感器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，溫度傳感器是不可或缺的元件之一。特別是在汽車電子領(lǐng)域，對(duì)于溫度傳感器的精度、可靠性和安全性有著極高的要求。今天，我們就來(lái)深入了解一款優(yōu)秀的汽車級(jí)隔離溫度傳感器——ISOTMP35-Q1。

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一、ISOTMP35-Q1 簡(jiǎn)介

ISOTMP35-Q1 是業(yè)界首款集成隔離屏障的溫度傳感器 IC，它將高達(dá) 3000VRMS 的耐受電壓與模擬溫度傳感器相結(jié)合，在 -40°C 至 150°C 的溫度范圍內(nèi)具有 10mV/°C 的斜率。這種集成設(shè)計(jì)使得傳感器能夠與高壓熱源（如 HV FETs、IGBTs 或 HV 接觸器）共置，而無(wú)需昂貴的隔離電路，同時(shí)還能提供更高的精度和更快的熱響應(yīng)。

二、關(guān)鍵特性解析

2.1 可靠性與安全性

• AEC-Q100 認(rèn)證：符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，溫度等級(jí) 0 為 -40°C 至 150°C 的環(huán)境工作溫度范圍，這意味著它能夠在汽車復(fù)雜多變的環(huán)境中穩(wěn)定工作。
• ESD 防護(hù)：設(shè)備的 HBM ESD 分類等級(jí)為 2，CDM ESD 分類等級(jí)為 C5，有效防止靜電放電對(duì)設(shè)備造成損壞。
• 功能安全能力：具備功能安全能力，提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為汽車電子系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。
• 隔離屏障：集成了堅(jiān)固的隔離屏障，耐受隔離電壓達(dá) 3000VRMS，隔離工作電壓為 500VRMS，隔離屏障壽命超過(guò) 50 年，確保了傳感器在高壓環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 高精度溫度測(cè)量

• 溫度精度：在 25°C 時(shí)典型精度為 ±0.5°C，在 0°C 至 70°C 范圍內(nèi)最大精度為 ±1.5°C，在 -40°C 至 150°C 范圍內(nèi)最大精度為 ±2.0°C，能夠滿足大多數(shù)汽車應(yīng)用對(duì)溫度測(cè)量精度的要求。
• 正斜率傳感器增益：傳感器增益為 10mV/°C，在 0°C 時(shí)有 500mV 的偏移，輸出電壓與溫度呈線性關(guān)系，方便進(jìn)行溫度計(jì)算和轉(zhuǎn)換。

2.3 其他特性

• 寬工作電源范圍：工作電源范圍為 2.3V 至 5.5V，允許輕松集成到高壓平面上沒(méi)有子調(diào)節(jié)電源的應(yīng)用中。
• 快速熱響應(yīng)：熱響應(yīng)時(shí)間小于 2 秒，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映溫度變化。
• 短路保護(hù)輸出：輸出具有短路保護(hù)功能，提高了設(shè)備的可靠性。
• 低功耗：典型功耗為 9μA，適合電池供電的應(yīng)用。
• DFQ（SOIC - 7）封裝：表面貼裝封裝（7 引腳 SOIC），提供了從熱源到嵌入式熱傳感器的良好熱流，減少了熱質(zhì)量，提高了測(cè)量精度。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 功率器件溫度監(jiān)測(cè)

• SiC PowerFET 和 IGBT 溫度監(jiān)測(cè)：在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，SiC PowerFET 和 IGBT 等功率器件在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，ISOTMP35-Q1 能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)這些器件的溫度，確保其在安全的溫度范圍內(nèi)工作，提高系統(tǒng)的可靠性和效率。

  3.2 電池管理系統(tǒng)

• HEV/EV 電池管理系統(tǒng)（BMS）：電池的溫度對(duì)其性能和壽命有著重要影響，ISOTMP35-Q1 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的溫度，為電池管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)，有助于優(yōu)化電池的充電和放電過(guò)程，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

  3.3 充電與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

• HEV/EV 車載充電器（OBC）、無(wú)線充電器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和逆變器：這些充電和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在工作過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生熱量，ISOTMP35-Q1 可以對(duì)其進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

  3.4 動(dòng)力系統(tǒng)

• 動(dòng)力系統(tǒng)溫度傳感器：在汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，ISOTMP35-Q1 可以用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等關(guān)鍵部件的溫度，為動(dòng)力系統(tǒng)的控制和保護(hù)提供重要依據(jù)。

四、技術(shù)規(guī)格詳解

4.1 絕對(duì)最大額定值

需要注意的是，在絕對(duì)最大額定值之外操作可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須確保設(shè)備在推薦的工作條件下運(yùn)行。

4.2 ESD 評(píng)級(jí)

4.3 推薦工作條件

4.4 熱信息

4.5 絕緣規(guī)格

ISOTMP35-Q1 的絕緣規(guī)格非常重要，它涉及到設(shè)備在高壓環(huán)境下的安全性和可靠性。例如，外部間隙（CLR）和外部爬電距離（CPG）均大于 4mm，確保了電氣絕緣性能。此外，其最大重復(fù)峰值隔離電壓（VIORM）為 707V PK，最大額定隔離工作電壓（VIOWM）在交流電壓下為 500V RMS，在直流電壓下為 707V DC，最大瞬態(tài)隔離電壓（VIOTM）為 4250V PK，這些參數(shù)都體現(xiàn)了其良好的絕緣性能。

4.6 功率額定值

在 (V{S}=5.5V)、(T{A}=125^{circ}C)、(T_{J}=150^{circ}C) 且設(shè)備焊接在設(shè)備評(píng)估板上的條件下，最大功耗（PD2）為 94μW。

4.7 電氣特性

• 溫度傳感器：溫度精度在不同溫度范圍內(nèi)有所不同，在 0°C 至 70°C 范圍內(nèi)為 ±0.5°C，在 -40°C 至 150°C 范圍內(nèi)為 ±2.5°C。溫度靈敏度為 10.00mV/°C，長(zhǎng)期漂移在 150°C、5.5V 下 300 小時(shí)為 0.05°C。
• 模擬輸出：輸出阻抗在不同負(fù)載電流和頻率下有所變化，輸出電流最大為 500μA，共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）為 50kV/μs，負(fù)載調(diào)節(jié)為 6mV，最大電容負(fù)載為 1nF。
• 電源：工作電流在 (V{DD}=3.3V)、(T{A}=25°C) 時(shí)典型值為 10μA，在 -40°C 至 150°C 范圍內(nèi)為 17μA。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

5.1 輸出電壓線性度

ISOTMP35-Q1 的輸出電壓與溫度呈線性關(guān)系，在溫度高于 100°C 時(shí)，輸出會(huì)有小的增益偏移?？梢允褂梅侄尉€性函數(shù)來(lái)提高精度，通過(guò)以下公式計(jì)算輸出電壓 (V{OUT})： [V{OUT }=left(T{A}-T{INFL }right) × T{C}+V{OFFSET }] 其中，(T{A}) 為環(huán)境溫度，(T{INFL}) 為分段溫度拐點(diǎn)，(T{C}) 為溫度系數(shù)或增益，(V{OFFSET}) 為電壓偏移。

5.2 負(fù)載調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)是指 ISOTMP35-Q1 的模擬輸出電壓隨輸出負(fù)載電流變化的情況。在與 ADC 配合使用時(shí)，了解輸出電壓隨負(fù)載電流的變化情況有助于準(zhǔn)確測(cè)量溫度。可以通過(guò)在模擬輸出端添加 RC 濾波器來(lái)減輕電壓下降的影響。

5.3 啟動(dòng)建立時(shí)間

ISOTMP35-Q1 可以支持階躍輸入電源或斜坡電源。對(duì)于階躍 (V{DD}) 輸入，啟動(dòng)時(shí)間約為 1ms；對(duì)于斜坡 (V{DD}) 輸入，斜坡速率為 5V/ms 時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間約為 1.25ms。

5.4 熱響應(yīng)

7 引腳 SOIC 封裝設(shè)計(jì)旨在最大化熱流，最小化從 TSENSE 引腳到溫度傳感器的熱響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)提供 3kVRMS 的隔離額定值（UL1577）。

5.5 ADC 選擇與精度影響

在將 ISOTMP35-Q1 的模擬輸出連接到 ADC 時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 添加 RC 濾波器：大多數(shù) ADC 具有采樣比較器輸入結(jié)構(gòu)，采樣時(shí)會(huì)從模擬輸出源獲取瞬時(shí)電荷，導(dǎo)致電壓下降。通過(guò)在模擬輸出端添加濾波電容（(C{FILTER})）可以減輕電壓下降的影響，同時(shí)還可以添加電阻（(R{FILTER})）來(lái)過(guò)濾噪聲。
• 最大負(fù)載電容：ISOTMP35-Q1 的最大負(fù)載電容為 1000pF，因此模擬輸出端的總電容（包括 ADC 輸入電容）不得超過(guò) 1000pF。
• RC 時(shí)間常數(shù)與采樣時(shí)間：選擇合適的 R 和 C 濾波器值時(shí)，需要考慮 RC 時(shí)間常數(shù)對(duì) ISOTMP35-Q1 建立時(shí)間的影響，確保建立時(shí)間小于 ADC 的采樣時(shí)間。
• ADC 滿量程范圍和分辨率：選擇 ADC 時(shí)，需要確保其滿量程范圍能夠覆蓋 ISOTMP35-Q1 的最大輸出電壓，同時(shí)根據(jù)需要選擇合適的分辨率。

5.6 布局指南

• 層數(shù)要求：ISOTMP35-Q1 至少需要兩層 PCB。對(duì)于 4 層 PCB，建議采用標(biāo)準(zhǔn)層堆疊方法，信號(hào)跡線可以在頂層或底層運(yùn)行，內(nèi)層形成實(shí)心接地和電源平面。
• 空間要求：在器件下方保持空間，避免平面、跡線、焊盤(pán)和過(guò)孔，與這些元素保持至少 10 密耳的距離。

六、總結(jié)與思考

ISOTMP35-Q1 作為一款優(yōu)秀的汽車級(jí)隔離溫度傳感器，具有高精度、高可靠性、低功耗等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于多種汽車電子應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分考慮其各項(xiàng)技術(shù)規(guī)格和應(yīng)用要點(diǎn)，確保設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地工作。同時(shí)，我們也可以思考如何進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。例如，在選擇 ADC 時(shí)，如何更好地平衡成本和性能；在 PCB 布局方面，如何進(jìn)一步優(yōu)化熱管理等。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處熢谑褂?ISOTMP35-Q1 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有益的參考。