Imagem térmica de variações de temperatura em uma placa de circuito impresso

Matérias térmicas em design eletrônico. Um sensor de temperatura da ADI enfatiza por que

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O novo ADT7422 da Analog Devices oferece erros tão baixos quanto ± 0,1 ° C, mas o tempo de resposta térmica – que discutiremos neste artigo – é uma parte importante para maximizar a precisão da medição.

Projeto térmico para engenheiros elétricos

Componentes como o ADT7422 fornecem uma boa oportunidade para lembrarmos da importância dos problemas térmicos no design eletrônico.

Embora possamos ter que confiar em engenheiros mecânicos ou térmicos para análises e simulações complexas, devemos ser capazes de lidar com questões mais básicas, que de fato surgem com freqüência no projeto de circuitos de fonte de alimentação, sensor e acionamento de motor.

Você pode encontrar informações sobre tópicos térmicos importantes nos artigos da AAC sobre pacotes de CI com painéis térmicos expostos, técnicas de gerenciamento térmico de PCB, dissipação de calor para transistores e design térmico para reguladores lineares.

Neste artigo, quero discutir brevemente o autoaquecimento e o tempo de resposta.

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Imagem térmica de variações de temperatura em uma placa de circuito impresso

Esta imagem térmica mostra variações locais na temperatura da placa de circuito impresso. Imagem usada cortesia de Gareth Halfacree. [CC BY-SA 2.0]

Temperatura ambiente vs. temperatura do IC

Reduzindo o diferencial de temperatura

Em muitas aplicações, o objetivo de um sensor de temperatura IC é medir a temperatura do ambiente ao redor. Isso é um pouco mais difícil do que parece, porque um circuito integrado funcional está dissipando energia na forma de calor, e esse calor afeta a temperatura do CI e do ar imediatamente ao redor do CI.

Assim, um aspecto importante do projeto do sensor de temperatura é minimizar a diferença entre a temperatura local e a temperatura ambiente.

Parte dessa tarefa é da responsabilidade dos designers de IC. Eles podem nos ajudar criando sensores de temperatura que são altamente eficientes e que podem efetivamente transferir calor do interior do chip para o PCB.

Os projetistas de placas, no entanto, também devem incorporar caminhos adequados para dissipação de calor. A folha de dados do ADT7422 pode oferecer algumas recomendações para práticas de layout de PCB que garantirão um bom desempenho térmico, embora não me lembre se isso é comum nos CIs de sensores.

Em qualquer caso, porém, você pode usar práticas de layout padrão – vias térmicas, grandes áreas de cobre, design cuidadoso de estêncil para pacotes de expositores – para ajudar a mover o calor do sensor para a placa de circuito.

Vias térmicas e cobre de tamanho generoso derramado no PCB

A parte da fonte de alimentação deste layout de PCB demonstra o uso de vias térmicas e vazamentos de cobre de tamanho generoso.

Melhorando o tempo de resposta

Facilitar a dissipação de calor na placa de circuito reduz o diferencial de temperatura de IC para PCB. Mas o objetivo é reduzir o diferencial de temperatura entre o CI e o ambiente e, portanto, devemos considerar também as características físicas do PCB.

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Um PCB com uma quantidade relativamente grande de massa térmica tenderá a manter sua temperatura atual, apesar das mudanças na temperatura ambiente. É aqui que o tempo de resposta entra em jogo.

Mesmo que consigamos obter um erro muito baixo em condições de temperatura de estado estacionário, o tempo de resposta lento resultará em baixa precisão se a temperatura ambiente mudar rapidamente (suponho aqui que esperamos que nosso sensor capture essas alterações – se você Se estiver interessado apenas em temperaturas médias, o tempo de resposta não é uma grande preocupação).

A folha de dados do ADT7422 indica claramente a solução para diminuir o tempo de resposta: “monte o sensor na menor placa de circuito impresso possível”. Se a massa térmica de uma grande placa de circuito impresso estiver diminuindo sua capacidade de resposta às variações de temperatura de curta duração, considere criar uma placa de circuito impresso menor e separada para o sensor e transferir dados de medição através de cabeamento placa-a-placa.

Sensor de temperatura para aplicações médicas, comerciais e industriais

O ADT7422 oferece precisão de até ± 0,10 ° C para temperaturas de 25 ° C a 50 ° C e ± 0,25 ° C de -20 ° C a + 105 ° C; a faixa de temperatura operacional completa é de -40 ° C a + 125 ° C. Nenhuma calibração do usuário é necessária e as medições são digitalizadas com resolução de 16 bits e entregues via I2C.

A interface eficiente da MCU é facilitada por dois sinais de interrupção configuráveis ​​pelo usuário: um para uma condição de “superaquecimento crítico” e um para condições de superaquecimento e subtemperatura (presumivelmente não críticos).

Diagrama de blocos ADT7422

O diagrama de blocos do ADT7422. Imagem usada cortesia de Analog Devices

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Como você pode ver no esquema abaixo, são necessários poucos componentes externos e, se você já possui um bom I2O código C de um projeto anterior, incorporando o ADT7422 em um novo design, deve ser bastante direto.

Diagrama de uma conexão de interface I2C típica

Diagrama de um I típico2Conexão de interface C. Imagem usada cortesia de Analog Devices

Ruído da fonte de alimentação

A folha de dados menciona especificamente que o ruído de saída gerado por um regulador de comutação pode afetar negativamente a precisão do ADT7422.

Para aqueles que desejam minimizar o erro de medição, a Analog Devices recomenda o uso de um filtro RC que pode reduzir a amplitude do ruído no V do sensorDD pino para menos de 1 mV.

Mas não se esqueça do tempo de resposta! Eles também afirmam que esse filtro deve estar localizado o mais longe possível do sensor, para que sua massa térmica não diminua o desempenho dinâmico.


Você tem alguma técnica para maximizar o desempenho de circuitos de sensores de temperatura? Deixe-nos saber na seção de comentários abaixo.

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