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过温保护电路的热敏电阻
2020.10.14
1概述(电路类别、实现主要功能描述):
本电路采用热敏电阻检测基板温度,热敏电阻阻值随基板温度变化而变化,热敏电阻阻值的变化导致运放输入电压变化,从而实现运放的翻转控制PWM芯片的输出,进而将模块关闭。

2电路组成(原理图):

3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理,关键参数计算分析):
R99热敏电阻是负温度系数热敏电阻,常温时,R99=100k,R99与R94的分压0.45V为U2运放的负输入,远低于运放的正输入2.5V(R23与R97分压),因此运放的输出是高电平,对LM5025的SS端无影响,模块正常工作。
随着基板温度升高,R99电阻阻值减小,当减小到一定值时,使得运放的负输入大于正输入时,运放输出低电平,将LM5025的SS拉低,从而关闭模块输出;温度保护点可以适当调整R94,R23,R97的阻值而相应地调整。
模块关闭输出后(过温保护),基板温度会降低,R99阻值会增大,运放的负输入会降低,为使运放的正常翻转,引入电阻R98,原理是运放输出低后,R98相当于与R97并联,将运放的基准变低,拉开运放正负输入的电压间距,从而实现温度回差。比如基板温度90℃时保护,80℃时开启。
4关键参数计算分析
4.1运放正输入电压:VR97=Vref2=5/(1+R23/R97)=5/(1+10/10)=2.5V
4.2运放负输入电压VR94+0.007=VR97=5*R94/(R99+R94)+0.007,
4.3得出温度保护时热敏电阻的阻值:R99(t)=(Vref*R24/(Vref*R97/(R23+R97)-0.007))-R94

4.4考虑容差时的计算见下表:

4.5过温保护时,R99的值

4.6R99-SDNT2012X104J4250HT(F)是负温度系数的热敏电阻,25°C时100k,过温保护时阻值10k左右(见上表),计算温度为:
Rt=R*e(B(1/T1-1/T2))T1=1/(ln(Rt/R)/B+1/T2))

T2:常温25°C,上式中T2=273.15+25=298.15;B:4250±3%;R:25°C时的电阻值,100k,计算出的T1值也是加了273.15后的值,因此下表中t1=T1-273.15,是摄氏度。Rt:温度变化后的阻值,10k,9.704k,10.304k,见上表

4.7回差

运放输出低后,电阻R98(51k)就并在R97上,将基准拉低,新的基准电压Vref1=Vref*(R98//R97)/(R23+R98//R97)=2.28V达到2.44V时,R99的阻值R99=Vref*R94/Vref1-R94=11.9kR99达到10.49k时,温度按下表计算

温度回差=82.6-77.3=5.3℃
5电路的优缺点
优点:温度保护点及温度回差很容进行调整
缺点:温度准确度偏低
电路比采用温度开关略复杂
温度保护时反映的是热敏电阻附近的基板温度,不能反映模块的高器件的温度,不过这可以在设计时解决,比如基板温度在90℃保护,实际板上器件高温度已达130℃,就可以适当调整温度保护点,从而起到保护作用。
6应用的注意事项

尽量将热敏电阻放置在发热器件附近。

PTC热敏电阻大致上分为高分子PTC热敏电阻和陶瓷PTC热敏电阻。高分子PTC热敏电阻是指其材料为有机聚合物搭配导电粒子进行使用;而陶瓷PTC热敏电阻则主要以无机粒子(如碳酸钡等)搭配使用的。它们之间的差别在于:高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻的初始阻值、动作时间(对事故事件的反应时间)以及尺寸大小均在显著差别,且在具有相同维持电流的高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻相比,高分子PTC热敏电阻尺寸更小、阻值更低,同时反应更快。
热敏电阻的伏安特性即电流-电压特性,简写为U-I特性。它表示在热敏电阻两端施加的电压和通过热敏电阻的电流在热敏电阻与周围介质达到热平衡时,即加在热敏电阻上的电功率与耗散功率相等时的相互关系。
电源电路通电的瞬间,外部电源的能量首先转移到输入滤波电容上。使用NTC热敏电阻既可以限制浪涌电流,同时在温度升高的时候阻值变低,从而减小NTC热敏电阻本身的功耗。后,可以使用继电器等外围电路进一步降低NTC热敏电阻作为限流电阻的功耗。
温度检测——利用热敏电阻阻值随温度变化的特性,使用电阻进行串联分压,送人ADC检测,通过单片机计算相应的电压对应的温度,显示温度或者控制其他设备。

其原理是NTC热敏电阻在刚上电时,具备一定的电阻值,可以限定流过电路的电流,抵抗浪涌。随着通电时间加长,NTC热敏电阻发热,电阻变小,又不会影响后续电路工作,不会损耗过多能量。

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