LMx35系列精密溫度傳感器：特性、應用與設計要點

在電子設備的設計中，溫度測量是一個至關重要的環節。今天，我們就來深入探討一下TI公司生產的LM135、LM135A、LM235、LM235A、LM335和LM335A這一系列精密溫度傳感器。

文件下載：lm335a.pdf

一、特性亮點

1. 直接校準到開爾文溫度標度

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，經過25°C校準后，LM135的誤差通常小于1°C。這對于對溫度精度要求較高的應用場景來說非常關鍵。

3. 寬工作電流范圍

可在400 μA至5 mA的電流范圍內工作，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計中具有更強的適應性。

4. 低動態阻抗

動態阻抗小于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

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

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，這對于大規模生產和應用來說具有很大的優勢。

二、應用領域

LMx35系列溫度傳感器具有廣泛的應用領域，以下是一些常見的應用場景。

1. 電源供應

在電源設計中，溫度監測對于確保電源的穩定運行至關重要。這些傳感器可以實時監測電源的溫度，當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生影響。通過使用LMx35系列傳感器，可以實時監測電池的溫度，優化充電策略，延長電池的使用壽命。

3. HVAC（供熱、通風與空調）系統

在HVAC系統中，精確的溫度控制是保證室內舒適度的關鍵。這些傳感器可以實時監測室內外溫度，為系統的控制提供準確的數據。

4. 家電設備

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

三、詳細規格

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。在實際應用中，應根據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等參數，這些參數對于評估傳感器在不同環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。在實際應用中，需要根據具體的精度要求選擇合適的型號，并進行必要的校準。

5. 電氣特性

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

四、功能描述

1. 溫度校準

通過ADJ引腳可以方便地對傳感器進行校準。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后，在其他溫度點的輸出也會是準確的。校準公式為 (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具有校準和未校準兩種功能模式。為了獲得最佳的精度，建議進行單點校準。

五、應用與實現

1. 應用信息

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，因此應在適合應用的最低電流下運行。如果傳感器在熱阻恒定的環境中使用，可以通過校準來消除自熱誤差。

2. 典型應用

以基本溫度傳感器為例，設計要求包括在25°C時的精度為±1°C，在 -55°C至150°C范圍內的精度為±2.7°C，正向電流為1 mA，溫度斜率為10 mV/K。在設計過程中，應選擇合適的電阻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. 系統示例

文檔中給出了多種系統示例，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、熱電偶冷端補償等。這些示例為工程師在實際應用中提供了參考。

六、電源供應建議

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

七、布局設計要點

1. 布局指南

在布局設計時，應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，應避免傳感器受到氣流和PCB熱源的影響。可以通過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，需要注意長導線引起的電壓降會影響測量精度。文檔中給出了不同AWG導線在不同電流下引起1°C誤差的導線長度。

八、設備與文檔支持

1. 設備支持

包括設備命名法的解釋，如工作輸出電壓、未校準溫度誤差和校準溫度誤差等。

2. 相關鏈接

提供了技術文檔、支持和社區資源、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

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

4. 術語表

提供了相關術語、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、引腳數量、包裝數量、載體類型、RoHS合規性、工作溫度范圍、零件標記、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、易于校準等優點，適用于各種溫度測量和控制應用。在實際設計中，工程師需要根據具體的需求選擇合適的型號，并注意布局設計、電源供應和校準等方面的問題，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？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。