探索TMP63：高性能線性熱敏電阻的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，溫度監(jiān)測與控制是一個常見且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。而熱敏電阻作為實(shí)現(xiàn)這一功能的重要元件，其性能優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。今天，我們就來深入探討一款由德州儀器（TI）推出的高性能線性熱敏電阻——TMP63。

文件下載：tmp63.pdf

TMP63的核心特性

硅基正溫度系數(shù)（PTC）設(shè)計(jì)

TMP63采用硅基材料，具有正溫度系數(shù)（PTC）特性。這意味著隨著溫度的升高，其電阻值會線性增加。這種特性使得它在溫度監(jiān)測和補(bǔ)償應(yīng)用中表現(xiàn)出色，與傳統(tǒng)的負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻相比，PTC熱敏電阻在高溫環(huán)境下能更好地控制功耗，減少自熱效應(yīng)的影響。

線性電阻變化與高靈敏度

在 -40°C 至 +150°C 的寬工作溫度范圍內(nèi)，TMP63的電阻值隨溫度呈線性變化，這為溫度的準(zhǔn)確測量提供了便利。其在 25°C 時(shí)的標(biāo)稱電阻為 100 kΩ，且在 0°C 至 70°C 范圍內(nèi)的最大電阻公差僅為 ±1%，確保了測量的高精度。此外，它還具有一致的溫度靈敏度，在 25°C 時(shí)的溫度系數(shù)（TCR）為 6400 ppm/°C，且在整個溫度范圍內(nèi)的 TCR 公差典型值僅為 0.2%，能夠在不同溫度條件下保持穩(wěn)定的性能。

快速熱響應(yīng)與長壽命

TMP63的熱響應(yīng)時(shí)間僅為 0.6 s（DEC），能夠快速感知溫度變化，及時(shí)反饋給系統(tǒng)。同時(shí)，它還具備長壽命和穩(wěn)健的性能，內(nèi)置的故障安全機(jī)制可在短路故障時(shí)保護(hù)設(shè)備，典型的長期傳感器漂移僅為 0.3%，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

豐富的應(yīng)用場景

溫度監(jiān)測

在 HVAC（供暖、通風(fēng)與空調(diào)）系統(tǒng)和恒溫器中，TMP63可實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在工業(yè)控制和家電設(shè)備中，它也能準(zhǔn)確測量設(shè)備內(nèi)部溫度，防止過熱損壞。

熱補(bǔ)償

在顯示背光和建筑自動化系統(tǒng)中，TMP63可用于補(bǔ)償溫度變化對設(shè)備性能的影響，保證顯示效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

熱閾值檢測與電機(jī)控制

在熱閾值檢測應(yīng)用中，TMP63可及時(shí)觸發(fā)報(bào)警或控制信號，保障設(shè)備安全。在電機(jī)控制中，它能監(jiān)測電機(jī)溫度，避免因過熱導(dǎo)致電機(jī)損壞。

充電器應(yīng)用

在充電器中，TMP63可監(jiān)測電池溫度，防止過充和過熱，提高充電安全性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)勢

簡化設(shè)計(jì)與降低成本

與傳統(tǒng)的 NTC 熱敏電阻相比，TMP63無需額外的線性化電路，減少了校準(zhǔn)工作，降低了電阻公差變化，在高溫下具有更大的靈敏度，并且簡化了轉(zhuǎn)換方法。這不僅節(jié)省了處理器的時(shí)間和內(nèi)存，還降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜度。

靈活的偏置電路設(shè)計(jì)

TMP63可采用電壓偏置或電流偏置電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。電壓偏置電路簡單易實(shí)現(xiàn)，成本較低，適用于大多數(shù)應(yīng)用場景；而電流偏置電路則能更好地控制輸出電壓的靈敏度，實(shí)現(xiàn)更高的精度，但可能會增加系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本。工程師可根據(jù)具體需求選擇合適的偏置電路。

溫度轉(zhuǎn)換方法

TMP63的輸出電壓可通過查找表方法（LUT）或擬合多項(xiàng)式 V(T) 轉(zhuǎn)換為溫度值。TI 提供的 Thermistor Design Tool 可幫助工程師計(jì)算電阻 - 溫度表（R - T 表），并將 Vtemp 轉(zhuǎn)換為溫度。在實(shí)際應(yīng)用中，還需使用 ADC 對溫度電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，為確保測量精度，應(yīng)將偏置電壓與 ADC 的參考電壓相連，以消除電壓公差的影響。

規(guī)格參數(shù)與性能指標(biāo)

絕對最大額定值

TMP63的引腳 2（+）和 1（-）之間的最大電壓為 6 V，通過器件的最大電流為 450 μA，結(jié)溫范圍為 -65°C 至 155°C，存儲溫度范圍為 -65°C 至 155°C。在使用過程中，應(yīng)確保器件工作在這些額定值范圍內(nèi)，以避免永久性損壞。

ESD 額定值

TMP63的人體模型（HBM）靜電放電額定值為 +2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）額定值為 +1000 V。在處理和安裝過程中，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施，防止 ESD 損壞器件。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，TMP63的引腳 2（+）和 1（-）之間的電壓范圍為 0 至 5.5 V，通過器件的電流范圍為 0 至 40 μA。X1SON/DEC 封裝的工作自由空氣溫度范圍為 -40°C 至 125°C，SOT - 5X3/DYA 封裝的工作自由空氣溫度范圍為 -40°C 至 150°C。

熱信息

TMP63的不同封裝具有不同的熱阻特性，如 DEC（X1SON）2 引腳封裝的結(jié) - 環(huán)境熱阻為 443.4 °C/W，DYA（SOT - 5X3）2 引腳封裝的結(jié) - 環(huán)境熱阻為 742.9 °C/W。這些熱阻參數(shù)對于評估器件的散熱性能和設(shè)計(jì)散熱方案非常重要。

電氣特性

在 -40°C 至 125°C 的工作溫度范圍內(nèi)，TMP63在 25°C 時(shí)的熱敏電阻阻值為 100 kΩ，電阻公差在不同溫度范圍內(nèi)有所不同。其溫度系數(shù)（TCR）在不同溫度區(qū)間也有相應(yīng)的變化，如在 20°C 至 30°C 時(shí)為 +6400 ppm/°C。此外，它還具有良好的長期穩(wěn)定性，在不同條件下的長期漂移較小。

布局與設(shè)計(jì)建議

布局指南

TMP63的布局與無源元件類似。如果使用電流源偏置，正引腳 2 連接到源，負(fù)引腳 1 連接到地；如果使用電壓源偏置，且器件置于電阻分壓器的下側(cè)，V - 連接到地，V + 連接到輸出（VTEMP）；如果器件置于分壓器的上側(cè)，V + 連接到電壓源，V - 連接到輸出電壓（VTEMP）。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意 ADC 的分辨率、偏置電流或電壓的公差、偏置電阻的公差以及傳感器相對于熱源的位置等因素對測量誤差的影響。為提高測量精度，可使用高精度的 ADC，并將偏置電壓與 ADC 的參考電壓相連。同時(shí)，可在電路中添加低通濾波器，以抑制系統(tǒng)級噪聲。

總結(jié)

TMP63作為一款高性能的線性熱敏電阻，憑借其硅基 PTC 設(shè)計(jì)、線性電阻變化、快速熱響應(yīng)、長壽命等特性，在溫度監(jiān)測、熱補(bǔ)償?shù)缺姸鄳?yīng)用場景中表現(xiàn)出色。其簡化的設(shè)計(jì)和靈活的偏置電路選擇，為工程師提供了便利，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師只需根據(jù)具體需求合理選擇封裝和偏置電路，注意布局和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，就能充分發(fā)揮 TMP63的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測量和控制。你在使用熱敏電阻的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。