LMx35系列精密溫度傳感器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電子設(shè)備的設(shè)計中，溫度測量是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入探討一下TI公司生產(chǎn)的LM135、LM135A、LM235、LM235A、LM335和LM335A這一系列精密溫度傳感器。

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一、特性亮點

1. 直接校準(zhǔn)到開爾文溫度標(biāo)度

這使得傳感器可以直接輸出與絕對溫度成比例的電壓信號，方便工程師進行溫度測量和處理。例如，LM135作為一個2端齊納二極管，其擊穿電壓與絕對溫度成正比，比例為10 mV/°K。

2. 高精度

具有1°C的初始精度，在100°C的溫度范圍內(nèi)，經(jīng)過25°C校準(zhǔn)后，LM135的誤差通常小于1°C。這對于對溫度精度要求較高的應(yīng)用場景來說非常關(guān)鍵。

3. 寬工作電流范圍

可在400 μA至5 mA的電流范圍內(nèi)工作，且性能幾乎不受電流變化的影響。這種寬工作電流范圍使得傳感器在不同的電路設(shè)計中具有更強的適應(yīng)性。

4. 低動態(tài)阻抗

動態(tài)阻抗小于1Ω，這意味著傳感器在工作時能夠更好地與其他電路元件匹配，減少信號損失和干擾。

5. 易于校準(zhǔn)

通過ADJ引腳可以方便地對傳感器進行校準(zhǔn)，以提高測量精度。這一特性大大簡化了工程師在實際應(yīng)用中的調(diào)試工作。

6. 寬工作溫度范圍

不同型號的傳感器具有不同的工作溫度范圍，如LM135工作在 -55°C至150°C，LM235工作在 -40°C至125°C，LM335工作在 -40°C至100°C。這種寬溫度范圍使得傳感器可以適用于各種不同的環(huán)境。

7. 低成本

在滿足高精度和高性能的同時，還具有較低的成本，這對于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用來說具有很大的優(yōu)勢。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

LMx35系列溫度傳感器具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，以下是一些常見的應(yīng)用場景。

1. 電源供應(yīng)

在電源設(shè)計中，溫度監(jiān)測對于確保電源的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。這些傳感器可以實時監(jiān)測電源的溫度，當(dāng)溫度過高時及時采取措施，防止電源損壞。

2. 電池管理

在電池充放電過程中，溫度會對電池的性能和壽命產(chǎn)生影響。通過使用LMx35系列傳感器，可以實時監(jiān)測電池的溫度，優(yōu)化充電策略，延長電池的使用壽命。

3. HVAC（供熱、通風(fēng)與空調(diào)）系統(tǒng)

在HVAC系統(tǒng)中，精確的溫度控制是保證室內(nèi)舒適度的關(guān)鍵。這些傳感器可以實時監(jiān)測室內(nèi)外溫度，為系統(tǒng)的控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4. 家電設(shè)備

如冰箱、空調(diào)、熱水器等家電設(shè)備都需要精確的溫度控制。LMx35系列傳感器可以滿足這些設(shè)備對溫度測量的需求，提高設(shè)備的性能和可靠性。

三、詳細規(guī)格

1. 絕對最大額定值

在使用傳感器時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對傳感器造成永久性損壞。例如，反向電流最大為15 mA，正向電流最大為10 mA，不同封裝的存儲溫度范圍也有所不同。

2. 推薦工作條件

不同型號的傳感器具有不同的推薦工作溫度范圍和正向電流范圍。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的需求選擇合適的型號，并確保傳感器在推薦的工作條件下工作。

3. 熱信息

包括熱阻和熱時間常數(shù)等參數(shù)，這些參數(shù)對于評估傳感器在不同環(huán)境下的熱性能非常重要。例如，不同封裝的熱阻不同，會影響傳感器的散熱性能。

4. 溫度精度

不同型號的傳感器在不同的測試條件下具有不同的溫度精度。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的精度要求選擇合適的型號，并進行必要的校準(zhǔn)。

5. 電氣特性

包括工作輸出電壓隨電流的變化、動態(tài)阻抗、輸出電壓溫度系數(shù)、時間常數(shù)和時間穩(wěn)定性等參數(shù)。這些參數(shù)對于評估傳感器的電氣性能和穩(wěn)定性非常重要。

四、功能描述

1. 溫度校準(zhǔn)

通過ADJ引腳可以方便地對傳感器進行校準(zhǔn)。由于LM135的輸出與絕對溫度成正比，因此在一個溫度點進行校準(zhǔn)后，在其他溫度點的輸出也會是準(zhǔn)確的。校準(zhǔn)公式為 (V{OUT }=V{OUT } × frac{T}{T{0}})，其中 (T) 是未知溫度，(T{0}) 是參考溫度。

2. 功能模式

LM135具有校準(zhǔn)和未校準(zhǔn)兩種功能模式。為了獲得最佳的精度，建議進行單點校準(zhǔn)。

五、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

在使用傳感器時，需要注意一些事項以確保良好的傳感精度。例如，傳感器的自熱會降低精度，因此應(yīng)在適合應(yīng)用的最低電流下運行。如果傳感器在熱阻恒定的環(huán)境中使用，可以通過校準(zhǔn)來消除自熱誤差。

2. 典型應(yīng)用

以基本溫度傳感器為例，設(shè)計要求包括在25°C時的精度為±1°C，在 -55°C至150°C范圍內(nèi)的精度為±2.7°C，正向電流為1 mA，溫度斜率為10 mV/K。在設(shè)計過程中，應(yīng)選擇合適的電阻R1，以確保1 mA的電流流過傳感器，并盡量減少電流變化對測量精度的影響。

3. 系統(tǒng)示例

文檔中給出了多種系統(tǒng)示例，如寬工作電源、最小溫度傳感、平均溫度傳感、隔離溫度傳感器、簡單溫度控制器、熱電偶冷端補償?shù)?。這些示例為工程師在實際應(yīng)用中提供了參考。

六、電源供應(yīng)建議

為了確保LM335正常工作，應(yīng)使用0.4 mA至5 mA的電流對其進行偏置。

七、布局設(shè)計要點

1. 布局指南

在布局設(shè)計時，應(yīng)確保傳感器與測量表面的良好接觸，以保證溫度傳遞的效率。同時，應(yīng)避免傳感器受到氣流和PCB熱源的影響?？梢酝ㄟ^將傳感器的引腳與測量表面機械連接，以及使用熱隔離措施來減少這些影響。

2. 布局示例

文檔中給出了具體的布局示例，包括VIA到接地平面和電源平面的連接，以及引腳的布置。

3. 防水處理

可以使用可熔內(nèi)芯的熱縮管來制作低成本的防水傳感器。將LM335插入管中，加熱管子使其熔化，從而密封傳感器。

4. 傳感器安裝

在將傳感器安裝在電纜末端時，需要注意長導(dǎo)線引起的電壓降會影響測量精度。文檔中給出了不同AWG導(dǎo)線在不同電流下引起1°C誤差的導(dǎo)線長度。

八、設(shè)備與文檔支持

1. 設(shè)備支持

包括設(shè)備命名法的解釋，如工作輸出電壓、未校準(zhǔn)溫度誤差和校準(zhǔn)溫度誤差等。

2. 相關(guān)鏈接

提供了技術(shù)文檔、支持和社區(qū)資源、工具和軟件以及樣品或購買的快速訪問鏈接。

3. 靜電放電注意事項

這些設(shè)備的ESD保護有限，在存儲或處理時應(yīng)將引腳短路或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止靜電損壞。

4. 術(shù)語表

提供了相關(guān)術(shù)語、首字母縮寫詞和定義的解釋。

九、機械、封裝和訂購信息

文檔中詳細列出了不同型號傳感器的封裝信息、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、載體類型、RoHS合規(guī)性、工作溫度范圍、零件標(biāo)記、材料類型、MSL評級和峰值回流溫度等信息，方便工程師進行訂購和使用。

總之，LMx35系列精密溫度傳感器具有高精度、寬工作范圍、易于校準(zhǔn)等優(yōu)點，適用于各種溫度測量和控制應(yīng)用。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號，并注意布局設(shè)計、電源供應(yīng)和校準(zhǔn)等方面的問題，以確保傳感器的性能和可靠性。你在使用這些傳感器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。