設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說(shuō)明

當(dāng)超過(guò)某個(gè)溫度時(shí)，此熱敏開(kāi)關(guān)解決方案將發(fā)出低電平信號(hào)（到 GPIO 引腳），從而在條件不再是最佳或器件安全時(shí)發(fā)出警報(bào)。該電路包含一個(gè) NTC 熱敏電阻和一個(gè)以同相方式配置的比較器。

設(shè)計(jì)說(shuō)明

1. NTC 熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而下降。
2. TLV7041 具有漏極開(kāi)路輸出，因此需要上拉電阻器。
3. 可以實(shí)現(xiàn)將熱敏電阻放置在分壓器高側(cè)附近的配置；不過(guò)，必須以反相方式使用比較器，以使輸出開(kāi)關(guān)保持低電平。
4. 最佳實(shí)踐涉及放置一個(gè)正反饋電阻器來(lái)增加外部遲滯（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在本例中沒(méi)有這樣做）。

設(shè)計(jì)步驟

1. 選擇一個(gè) NTC 熱敏電阻（最好具有高標(biāo)稱電阻）R₀（環(huán)境溫度 T_A 為 25°C 時(shí)的電阻值），因?yàn)?TLV7041 具有非常低的輸入偏置電流。這將有助于降低功耗，從而降低由于熱敏電阻中的熱耗散而讀取稍高溫度的可能性。所選擇的熱敏電阻的 R₀ 及其材料常數(shù) β 如下所示。
   ${\mathrm{R}}_0=100\mathrm{k\Omega }$
   $\mathrm{\beta }=3977\mathrm{K}$
2. 選擇 R₁。對(duì)于高溫開(kāi)關(guān)點(diǎn)，R₁ 應(yīng)小于熱敏電阻標(biāo)稱電阻的十分之一。這會(huì)導(dǎo)致溫度開(kāi)關(guān)點(diǎn)周圍的每次溫度變化產(chǎn)生較大的電壓差，這有助于保證輸出在所需的溫度值進(jìn)行開(kāi)關(guān)。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{R}}_0}{10}$
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{100\mathrm{k\Omega }}{10}=10\mathrm{k\Omega } \text{(Standard Value)}$
3. 選擇 R₂。這同樣可能是一個(gè)高電阻值。
   ${\mathrm{R}}_2=1\mathrm{M\Omega } \text{(Standard Value)}$
4. 在所需的溫度開(kāi)關(guān)點(diǎn)求解熱敏電阻 R_thermistor 的電阻值。使用 β 公式可以有效地求解 -20°C 至 120°C 溫度范圍內(nèi)熱敏電阻的近似值。或者，可以使用 Steinhart-Hart 方程，但熱敏電阻供應(yīng)商必須提供幾個(gè)特定于器件的常數(shù)。請(qǐng)注意，溫度值以開(kāi)爾文為單位。在此處，T₀ = 25°C = 298.15K。
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{thermistor}}\left({\mathrm{T}}_{\mathrm{sp}}\right)={\mathrm{R}}_0\times {\mathrm{e}}^{\mathrm{\beta }\times (\frac{1}{{\mathrm{T}}_{\mathrm{sp}}}-\frac{1}{{\mathrm{T}}_0})}$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{thermistor}}(100°\mathrm{C})=100\mathrm{k\Omega }\times {\mathrm{e}}^{3977\mathrm{K}\times (\frac{1}{373.15\mathrm{K}}-\frac{1}{298.15\mathrm{K}})}$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{thermistor}}(100°\mathrm{C})=6.85 \mathrm{k\Omega }$
5. 求解 T_sp 下的 V_thermistor。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{thermistor}}\left({\mathrm{T}}_{\mathrm{sp}}\right)={\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}\times \frac{{\mathrm{R}}_{\mathrm{thermistor}}\left({\mathrm{T}}_{\mathrm{sp}}\right)}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_{\mathrm{thermistor}}\left({\mathrm{T}}_{\mathrm{sp}}\right)}$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{thermistor}}(100°\mathrm{C})=5\mathrm{V}\times \frac{6.85\mathrm{k\Omega }}{10\mathrm{k\Omega }+6.85\mathrm{k\Omega }}=2.03\mathrm{V}$
6. 使用閾值電壓 V_TH（等于 V_thermistor）來(lái)求解 R₃。這可以確保 V_thermistor 始終大于 V_TH，直到超過(guò)溫度開(kāi)關(guān)點(diǎn)。
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}$
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{1\mathrm{M\Omega }\times 2.03\mathrm{V}}{5\mathrm{V}-2.03\mathrm{V}}=685\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_3=680\mathrm{k\Omega } \text{(Standard Value)}$
7. 選擇合適的上拉電阻器 R₄。在此處，V_pu = 3.3V（微控制器的數(shù)字高電平）。
   ${\mathrm{R}}_4=51\mathrm{k\Omega } \text{(Standard Value)}$

設(shè)計(jì)仿真

直流溫度仿真結(jié)果

設(shè)計(jì)參考資料

德州儀器 (TI)，SLVMCS1 仿真，電路文件

設(shè)計(jì)特色比較器

設(shè)計(jì)備用比較器