探索ISOTMP35：高精度隔離溫度傳感器的卓越性能與應(yīng)用
探索ISOTMP35：高精度隔離溫度傳感器的卓越性能與應(yīng)用
在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，溫度傳感器是至關(guān)重要的組件，廣泛應(yīng)用于各種需要精確溫度測(cè)量的場(chǎng)景。今天，我們將深入探討一款具有創(chuàng)新性的隔離溫度傳感器——ISOTMP35，它為工程師們帶來(lái)了新的設(shè)計(jì)思路和解決方案。
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1. 產(chǎn)品概述
ISOTMP35是業(yè)界首款集成隔離屏障的溫度傳感器IC，它將高達(dá)3000V RMS的耐壓隔離屏障與模擬溫度傳感器相結(jié)合，可在 -40°C至150°C的寬溫度范圍內(nèi)提供10mV/°C的斜率輸出。這種集成設(shè)計(jì)使得傳感器能夠與高壓熱源（如HV FET、IGBT或HV接觸器）共置，而無(wú)需昂貴的隔離電路，同時(shí)還能提供更高的精度和更快的熱響應(yīng)。
2. 產(chǎn)品特性
2.1 強(qiáng)大的集成隔離屏障
- 耐壓能力：能夠承受3000V RMS的隔離電壓，隔離工作電壓為500V RMS，隔離屏障壽命超過(guò)50年。
- 安全認(rèn)證：計(jì)劃獲得UL 1577標(biāo)準(zhǔn)的3kV RMS隔離1分鐘認(rèn)證，確保在安全關(guān)鍵應(yīng)用中的可靠性。
2.2 高精度溫度測(cè)量
- 典型精度：在25°C時(shí)典型精度為±0.5°C，在0°C至70°C范圍內(nèi)最大精度為±1.2°C，在 -40°C至150°C范圍內(nèi)最大精度為±2.5°C。
- 正斜率增益：傳感器增益為10mV/°C，在0°C時(shí)具有500mV的偏移。
2.3 快速熱響應(yīng)
熱響應(yīng)時(shí)間小于2秒，能夠快速準(zhǔn)確地反映溫度變化。
2.4 低功耗與保護(hù)設(shè)計(jì)
- 低功耗：典型功耗僅為9μA，適合電池供電等低功耗應(yīng)用。
- 短路保護(hù)：輸出具有短路保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。
2.5 封裝形式
采用DFQ（SOIC - 7）封裝，便于安裝和集成。
3. 應(yīng)用領(lǐng)域
ISOTMP35的特性使其適用于多種高壓溫度傳感應(yīng)用，包括但不限于：
- 充電設(shè)施：AC充電（樁）站、DC快速充電站。
- 電源系統(tǒng)：48V輸出的機(jī)架和服務(wù)器PSU、12V輸出的服務(wù)器PSU、商用DC/DC、商用電信整流器、電池備份單元、商用DIN導(dǎo)軌電源、AC/DC適配器PSU等。
4. 技術(shù)細(xì)節(jié)
4.1 引腳配置與功能
| PIN | NAME | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|
| 1 | VDD | P | 電源電壓 |
| 2 | NC | - | 無(wú)連接 |
| 3 | GND | G | 接地 |
| 4 | VOUT | O | 與溫度成比例的輸出電壓 |
| 5 | TSENSE | - | 連接到高壓熱源的溫度引腳 |
| 6 | TSENSE | - | 連接到高壓熱源的溫度引腳 |
| 7 | TSENSE | - | 連接到高壓熱源的溫度引腳 |
4.2 規(guī)格參數(shù)
4.2.1 絕對(duì)最大額定值
| 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 電源電壓（VDD） | -0.3 | 6 | V |
| 輸出電壓（VOUT） | -0.3 | VDD + 0.3 | V |
| 輸出電流（VOUT） | -30 | 30 | mA |
| 工作結(jié)溫（TJ） | -60 | 155 | °C |
| 存儲(chǔ)溫度（Tstg） | -65 | 155 | °C |
4.2.2 ESD額定值
- 人體模型（HBM）：±2500V
- 帶電設(shè)備模型（CDM）：±1000V
4.2.3 推薦工作條件
| 參數(shù) | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 電源電壓（VDD） | 2.3 | - | 5.5 | V |
| 工作環(huán)境溫度（TA） | -40 | - | 150 | °C |
4.2.4 熱信息
| 熱指標(biāo) | 值 | 單位 |
|---|---|---|
| 結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA） | 116.4 | °C/W |
| 結(jié)到外殼（頂部）熱阻（RθJC(top)） | 62.5 | °C/W |
| 結(jié)到外殼（底部）熱阻（RθJC(bot)） | 38.8 | °C/W |
| 結(jié)到電路板熱阻（RθJB） | 41.9 | °C/W |
| 結(jié)到頂部特性參數(shù)（ψJT） | 38.3 | °C/W |
| 結(jié)到電路板特性參數(shù)（ψJB） | N/A | °C/W |
| 熱質(zhì)量（MT） | 51.0 | mJ/°C |
4.2.5 絕緣規(guī)格
| 參數(shù) | 測(cè)試條件 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 外部間隙（CLR） | 空氣中最短端子到端子距離 | >4 | mm |
| 外部爬電距離（CPG） | 封裝表面最短端子到端子距離 | >4 | mm |
| 絕緣距離（DTI） | 最小內(nèi)部間隙（內(nèi)部間隙） | >17 | μm |
| 相比漏電起痕指數(shù)（CTI） | DIN EN 60112; IEC 60112 | >400 | V |
| 材料組 | - | II | - |
| 過(guò)電壓類(lèi)別 | 額定電源電壓 ≤ 300V RMS | I - III | - |
| 最大重復(fù)峰值隔離電壓（VIORM） | AC電壓 | 707 | VPK |
| 最大額定隔離工作電壓（VIOWM） | AC電壓（正弦波） | 500 | VRMS |
| DC電壓 | 707 | VDC | |
| 最大瞬態(tài)隔離電壓（VIOTM） | VTEST = VIOTM, t = 60s（資格測(cè)試）, VTEST = 1.2 × VIOTM, t = 1s（100%生產(chǎn)測(cè)試） | 4250 | VPK |
| 最大脈沖電壓（VIMP） | 空氣中測(cè)試，1.2/50 - μs波形，IEC 62368 - 1 | 5000 | VPK |
| 最大浪涌隔離電壓（VIOSM） | 油中測(cè)試（資格測(cè)試），1.2/50 - μs波形，IEC 62368 - 1 | 6500 | VPK |
| 視在電荷（qpd） | 多種測(cè)試方法 | ≤ 5 | pC |
| 屏障電容，輸入到輸出（CIO） | VIO = 0.1VPP at 100kHz | 1.4 | pF |
| 絕緣電阻，輸入到輸出（RIO） | VIO = 500V at TA = 25°C | >10^12 | Ω |
| VIO = 500V at 100°C ≤ TA ≤ 125°C | >10^11 | Ω | |
| VIO = 500V at TA = 150°C | >10^9 | Ω | |
| 污染等級(jí) | - | 2 | - |
| 氣候類(lèi)別 | - | 55/125/21 | - |
| 耐壓隔離電壓（VISO） | VTEST = VISO, t = 60s（資格）; VTEST = 1.2 × VISO, t = 1s（100%生產(chǎn)） | 3000 | VRMS |
4.2.6 功率額定值
在 (V{S}=5.5V)，(V{REF}=GND)，(T{A}=125^{circ}C)，(T{J}=150^{circ}C)，器件焊接在器件評(píng)估板上的條件下，最大功耗（PD2）為94μW。
4.2.7 安全相關(guān)認(rèn)證
UL 1577組件認(rèn)可計(jì)劃，認(rèn)證依據(jù)為IEC 62368 - 1 CB，文件編號(hào)和證書(shū)編號(hào)待定。
4.2.8 安全限制值
| 參數(shù) | 測(cè)試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 安全輸入、輸出或電源電流（IS） | RθJA = 116.4°C/W, VI = 5V, TJ = 150°C, TA = 25°C | - | - | 0.22 | A |
| 安全輸入、輸出或總功率（PS） | RθJA = 116.4°C/W, TJ = 150°C, TA = 25°C | - | - | 1.1 | W |
| 安全溫度（TS） | - | - | - | 150 | °C |
4.2.9 電氣特性
| 參數(shù) | 測(cè)試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 溫度精度（TERR） | 0°C至70°C | - | ±0.5 | ±1.2 | °C |
| 溫度精度（TERR） | -40°C至150°C | -2.5 | ±0.5 | 2.5 | °C |
| DC電源抑制比（PSR） | - | -0.1 | 0.02 | 0.1 | °C/V |
| 溫度靈敏度（TSENS） | TA = -40°C至150°C | - | 10.00 | - | mV/°C |
| 長(zhǎng)期漂移（TLTD） | 150°C，5.5V下300小時(shí) | - | 0.05 | - | °C |
| 輸出電壓（VOUT） | TA = 0°C | - | 500 | - | mV |
| 輸出電壓（VOUT） | TA = 25°C | - | 750 | - | mV |
| 非線性（NL） | TA = -40°C至150°C | - | 0.5 | - | °C |
| 定向響應(yīng)時(shí)間（tRESP_D） | 2層62 - mil剛性PCB 2oz.銅，τ = 63%，TSENSE = 25°C至75°C，引腳1至4 = 25°C | - | 1600 | - | ms |
| 響應(yīng)時(shí)間（攪拌液體）（tRESP_L） | 0.5in x 0.5in，2層62 - mil PCB，τ = 63%，25°C至150°C | - | 1600 | - | ms |
| 輸出阻抗（ZOUT） | ILOAD = 100μA, f = 100Hz | - | - | 20 | Ω |
| 輸出阻抗（ZOUT） | ILOAD = 100μA, f = 500Hz | - | - | 50 | Ω |
| 輸出電流（IOUT） | - | - | - | 500 | μA |
| 共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI） | VCM = 500V, ΔVOUT < 200mV, 2μs, CLOAD = 1nF, RLOAD = 5kΩ | - | - | 50 | kV/μs |
| 負(fù)載調(diào)節(jié)（LR） | ILOAD = 0 μA至500 μA | - | - | 6 | mV |
| 最大電容負(fù)載（CL） | - | - | - | 1 | nF |
| 工作電流（IDD） | VDD = 3.3V, TA = 25°C | - | 10 | 12 | μA |
| 工作電流（IDD） | TA = -40°C至150°C | - | - | 17 | μA |
4.3 典型特性
文檔中給出了多個(gè)典型特性曲線，如精度與溫度的關(guān)系、輸出電壓與環(huán)境溫度的關(guān)系、負(fù)載對(duì)精度的影響、電源電流與溫度的關(guān)系等。這些曲線有助于工程師在不同的工作條件下更好地理解和使用ISOTMP35。
5. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)
5.1 輸出電壓線性度
ISOTMP35在 -40°C至100°C范圍內(nèi)輸出電壓線性度為10mV/°C，在溫度高于100°C時(shí)會(huì)有小的增益偏移。可以使用分段線性函數(shù)來(lái)計(jì)算輸出電壓和環(huán)境溫度，具體公式如下： [V{OUT }=left(T{A}-T{INFL }right) × T{C}+V{OFFSET }] 其中，(V{OUT }) 是給定溫度 (T{A}) 下的電壓輸出，(T{INFL }) 是分段溫度拐點(diǎn)，(T{C}) 是溫度系數(shù)或增益，(V{OFFSET }) 是電壓偏移。
5.2 負(fù)載調(diào)節(jié)
負(fù)載調(diào)節(jié)指的是ISOTMP35的模擬輸出電壓隨輸出負(fù)載電流變化的情況。在與ADC配合使用時(shí)，了解負(fù)載調(diào)節(jié)特性有助于準(zhǔn)確測(cè)量溫度。可以通過(guò)在模擬輸出端添加RC濾波器來(lái)減輕負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響。
5.3 啟動(dòng)建立時(shí)間
ISOTMP35可以支持階躍輸入電源或斜坡電源。對(duì)于階躍 (V{DD}) 輸入，啟動(dòng)時(shí)間約為1ms；對(duì)于斜坡 (V{DD}) 輸入，斜坡速率為5V/ms時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間約為1.25ms。
5.4 熱響應(yīng)
7引腳SOIC封裝設(shè)計(jì)旨在最大程度地提高熱流，減少?gòu)腡SENSE引腳到溫度傳感器的熱響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)提供3kV RMS的隔離額定值（UL1577）。
5.5 外部緩沖
當(dāng)輸出電容較高或傳感器與ADC之間的走線較長(zhǎng)時(shí)，可以添加外部緩沖器來(lái)確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
5.6 ADC選擇與精度影響
在將ISOTMP35的模擬輸出連接到ADC時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
- RC濾波器：在輸出端使用RC濾波器可以減輕ADC采樣時(shí)對(duì)ISOTMP35輸出電壓的影響。
- 最大負(fù)載電容：ISOTMP35的最大負(fù)載電容為1000pF，因此模擬輸出端的總電容（包括ADC輸入電容）不能超過(guò)該值。
- ADC分辨率：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適分辨率的ADC，以確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量溫度。
5.7 實(shí)現(xiàn)指南
- 電壓間隙：線路上的電壓間隙必須得到保證。
- PCB設(shè)計(jì)：ISOTMP35至少需要兩層PCB。對(duì)于4層PCB，建議采用標(biāo)準(zhǔn)層堆疊方法，信號(hào)走線可以在頂層或底層，內(nèi)層為實(shí)心接地和電源平面。
5.8 PSRR
如果電源線上存在高頻噪聲（>100kHz），可以使用1uF旁路電容來(lái)提供額外的濾波。增加旁路電容或選擇在頻率范圍內(nèi)ESR較低的電容可以提高PSRR性能。
6. 總結(jié)
ISOTMP35作為一款具有創(chuàng)新性的隔離溫度傳感器，憑借其強(qiáng)大的集成隔離屏障、高精度的溫度測(cè)量、快速的熱響應(yīng)和低功耗等特性，為高壓溫度傳感應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇ADC、設(shè)計(jì)PCB布局，并注意電源濾波等問(wèn)題，以充分發(fā)揮ISOTMP35的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類(lèi)似溫度傳感器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。
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ISOTMP35 ±1.2°C、3kVRMS隔離溫度傳感器數(shù)據(jù)表
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Texas Instruments ISOTMP35BEVM評(píng)估模塊數(shù)據(jù)手冊(cè)
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