热管理设计中的温度检测

　　摘要：热管理始于温度测量，Maxim开发了各种用于这种测量的温度检测IC。除了不同类型的传感器IC外，电子系统还可以采用其它多项技术测量温度。本文简要介绍了热管理应用中温度检测方法。

　　关键词：热管理;温度传感器;远端温度传感器;数字温度传感器;模拟温度传感器检测位置：正确选择传感器的关键

　　使用温度传感器的第一步是根据具体应用正确选择传感器类型。首先，理解需要测量的目标温度。

　　检测PCB温度

　　表贴传感器非常适合PCB(印制电路板)测温。RTD(电阻温度检测器)、热敏电阻和IC(集成电路)传感器都提供表贴封装，而且温度范围适合于PCB的温度检测。由于IC传感器所固有的线性度高、成本低等特性，通常是这类应用的最佳选择。IC传感器还可提供其它功能，例如：数字接口或温度监控功能。相对于其他技术而言，这些功能使其在系统成本、设计复杂度和性能方面占据很大优势。

　　精确测量PCB温度的关键之一是把传感器置于正确的位置。多数情况是关注某个特定器件或器件组的温度测量，以确保温度不超出安全工作范围，或者是补偿由于温度引起的器件性能的变化。如果传感器的位置非常敏感，最好使用小尺寸封装的温度传感器，例如TDFN、SC70或SOT23封装，可以很容易地把传感器置于合适位置。需要将传感器置于嘈杂或远离其它温度相关电路时，最好选择数字输出的温度传感器。如果需要监测PCB多个位置的温度，带有I2C、SMBus或1-Wire接口的本地数字温度传感器不失为最佳选择，可以将具有不同从地址的器件挂接到同一总线。许多常见的I2C传感器提供设置不同从地址的输入。例如，MAX7500和DS75LX都带有3个地址输入。

　　另一种监测多个PCB位置的方法是采用带有分立晶体管温度检测的多通道远端温度传感器。图1所示提供了一个示例，其中MAX6697监测其内部温度，并利用分立晶体管监测6路外部温度，总共可监测7个温度点，而仅需单个I2C从地址。

　　检测环境温度

　　由于传感器的温度必须与空气温度相同，并且与其它不同温度的所有部件(PCB、电源、CPU)相隔离，因此，测量环境温度比较困难。热敏电阻、热电偶和RTD可带有长引线，如果引线足够长且足够细，即可帮助检测元件与PCB之间的隔热。如果检测元件与PCB具有足够的隔离，其温度将为环境温度。这三种类型的传感器中，由于热敏电阻成本低、信号调理要求简单，被广泛用于通用的环境温度检测。图2所示为如何利用热敏电阻、热电偶或RTD测量环境温度的示例。图中，热敏电阻与电路板的表面具有很好隔离，长引线有助于提供与电路板的隔热。

　　由于IC传感器的最佳导热通路是与电路板具有相同温度的引脚，使用表贴封装的温度传感器IC测量环境温度将更加困难。如果PCB处于测温环境内，安装在PCB上的传感器即可用来测量环境温度。但是，如果PCB上的元件耗散功率过大，温度将高于环境温度，IC测量的温度是升高后的PCB温度，而不是环境温度。注意，即使采用传统封装，例如TO92，IC传感器的位置在PCB的上方，也会通过引脚传导热量，测得的温度实际等于PCB温度。图3所示为板装TO92封装的温度传感器IC。板装传感器能很好地测量PCB温度，但不适合用于测量环境温度。

　　尽管容易受PCB温度的影响，传感器IC依然是测量空气温度的最佳方案，因为它们不仅仅是传感器——往往还提供更多其它功能，例如：数字输出、可寻址能力或温度监控功能。在使用TO92封装IC检测环境温度时，请使用双绞线将传感器与PCB隔离开。与使用热敏电阻一样，如果引线足够长且足够细，可实现足够的隔热，从而获得准确的环境温度读数。图4所示是按照这种方式使用TO92传感器的示例，采用Maxim的1-Wire接口数字温度传感器。二极管温度传感器亦可用来测量环境温度。这种情况下，可以把分立晶体管安装在双绞线的末端。Maxim的任何远端二极管传感器均可用来测量晶体管温度。

　　CPU、图形处理器、FPGA、ASIC、功率器件的温度检测

　　如远端数字温度传感器部分所述，有些元件，尤其是高性能IC，例如CPU、GPU和FPGA，都有一个双极型晶体管，用于温度测量。该晶体管通常采用集电极接地的PNP管。基极和发射极构成“二极管”连接。由于测温晶体管位于IC管芯，测量精度远远优于其他技术，而且导热时间常数相当小。Maxim的远端二极管传感器专门优化用于此类器件的温度监测。注意，不同IC的温度测量二极管的理想因子和串联电阻会有所不同。这些差异的影响在远端二极管传感器应用指南部分进行了说明。