設(shè)計目標

設(shè)計說明

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

設(shè)計說明

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

設(shè)計步驟

1. 選擇一個 NTC 熱敏電阻（最好具有高標稱電阻）R₀（環(huán)境溫度 T_A 為 25°C 時的電阻值），因為 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。對于高溫開關(guān)點，R₁ 應(yīng)小于熱敏電阻標稱電阻的十分之一。這會導致溫度開關(guān)點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行開關(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。這同樣可能是一個高電阻值。
   ${\mathrm{R}}_2=1\mathrm{M\Omega } \text{(Standard Value)}$
4. 在所需的溫度開關(guān)點求解熱敏電阻 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?；蛘?，可以使用 Steinhart-Hart 方程，但熱敏電阻供應(yīng)商必須提供幾個特定于器件的常數(shù)。請注意，溫度值以開爾文為單位。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）來求解 R₃。這可以確保 V_thermistor 始終大于 V_TH，直到超過溫度開關(guān)點。
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}$
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{1\mathrm{M\Omega }\times 2.03\mathrm{V}}{5\mathrm{V}-2.03\mathrm{V}}=685\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_3=680\mathrm{k\Omega } \text{(Standard Value)}$
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)計仿真

直流溫度仿真結(jié)果

設(shè)計參考資料

德州儀器 (TI)，SLVMCS1 仿真，電路文件

設(shè)計特色比較器

設(shè)計備用比較器