隨著便攜式電子產(chǎn)品的快速增長,已經(jīng)從手機和MP3播放器到PDA、個人DVD播放器以及較為傳統(tǒng)的筆記本電腦,人們開始重新審視消費和專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的諸多方面。這種變化在電池技術(shù)方面最為明顯。

　　用戶希望電池能夠滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用需求,因此需要更大的電流、更長的工作時間。同時,對體積小、重量輕的產(chǎn)品的需求也十分強勁,電池在任何設(shè)備的體積和重量中都占有相當(dāng)大的比例,因此,制造商非常注意減少其體積和重量。還有一點,就是對快速充電的要求,即減少用戶等待充電的時間,最大程度地發(fā)揮移動的優(yōu)點。

　　這些要求促使電池制造商轉(zhuǎn)向使用鎳氫和鋰離子等新化學(xué)材料,以獲得更高的功率密度、更輕的重量和更快的充電速度。這些功能,尤其是快速充電,所付出的代價是增加了復(fù)雜性。新型電池需要精確控制的充電電路,不僅要確保其完全充滿電,而且要盡量延長其使用壽命,并防止過熱條件下可能出現(xiàn)的危險。

　　電池組件的任何部件發(fā)生故障都可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果,絕不僅僅是因無法供電而導(dǎo)致產(chǎn)品本身無法使用。最近,一家公司大舉召回了一批筆記本電腦專用電池,估計造成的損失高達4億美元。除了可能造成財務(wù)損失之外,電池還會導(dǎo)致人身傷害,甚至引發(fā)火災(zāi)。

　　為電池充電(尤其是高能鋰離子電池)設(shè)計有效的控制策略,需要有良好的設(shè)計以及合適的元件規(guī)格和采購政策。可以采用以下幾種架構(gòu)：對于鎳氫電池,充電控制回路可以監(jiān)測(使用各種精確度級別)電池電壓隨時間變化的情況。還可以限定最長充電時間;或者讓系統(tǒng)監(jiān)測溫度變化。在多數(shù)情況下,都需要某種溫度監(jiān)測方法來提供保護。

　　鋰離子電池通常使用CCCV(恒流-恒壓)方案,但這仍需要監(jiān)測溫度以便允許啟動快速充電,同時還需要一種機制確保在溫度超過安全臨界值時停止充電。因此,所有這些控制和保護策略都應(yīng)包含溫度監(jiān)測機制,并將其作為整個功能體系的固有部分。通常置于充電器或電池內(nèi)的IC可以提供監(jiān)測和控制功能。但一定要在電池、充電器或者電池倉(低成本手機通常這樣做)中安裝一個或多個溫度傳感器。

　　對設(shè)計師來說,此類傳感器的選擇范圍并不大。熱電偶類器件需要相對復(fù)雜的補償電路,這會導(dǎo)致一些校準(zhǔn)問題。此外,它們會產(chǎn)生幾mV的輸出電壓,需要進行信號調(diào)整,并且易受電磁噪聲的影響。

　　有時會用到鎳或鉑正溫度系數(shù)(PTC)金屬膜(或線繞)電阻器。它們的長期穩(wěn)定性比熱電偶類器件更好,并且不易受噪聲干擾。但是,由于它們依賴流經(jīng)自身的電流來監(jiān)測溫度,并且通常是低阻抗器件,所以耗電量相對較高,而且它們對溫度變化的敏感程度不足以實現(xiàn)可靠的溫度監(jiān)測。市場上多數(shù)的線性PTC半導(dǎo)體器件都有這個缺點。

　　目前,在性價比合理的前提下,最有效的解決方案是使用NTC(負溫度系數(shù))熱敏電阻。exsense提供的NTC溫度傳感器是一種簡潔的解決方案,耗電量極少,在很大的溫度范圍內(nèi)具有非常出色的精確性,而且對溫度變化的反應(yīng)很迅速。從工程師的角度來看,這些多種規(guī)格的器件為電氣和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了非常高的靈活性。

　　NTC溫度傳感器最基本的設(shè)計和規(guī)格參數(shù)是電阻值(通常是25℃時的值)和公差。但是,必須記住的是,熱敏電阻的工作原理與溫度密切相關(guān)。因此,工程師要確保其設(shè)計的產(chǎn)品能夠在工作溫度達到極限時正常使用。在高溫(低阻抗)環(huán)境下,電阻值必須足夠高,這樣才能減少接觸電阻和互連電阻之類的系統(tǒng)錯誤。相反,在低溫(高阻抗)環(huán)境下,如果通過熱敏電阻的電流不夠大,敏感度則會下降。

　　公差通常用℃表示,可以作為器件測量溫度精確性的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)。在少數(shù)情況下,制造商會給出以電阻值表示的公差,即在給定溫度下器件電阻與其預(yù)期電阻值的接近程度。對于詳細規(guī)格制定者和購買方來說,記住下面一點非常重要,即特定設(shè)計的公差要求可以限制在特定溫度下,也可以限制在稍微寬泛的溫度范圍內(nèi)。在第二種情況下,公差本身會隨器件絕對電阻值的變化而變化。設(shè)計人員需要使用為器件指定的負溫度系數(shù)計算整個溫度范圍內(nèi)的電阻公差,從而確保所選的元件滿足系統(tǒng)的測量精度要求。

　　在工作溫度范圍內(nèi),器件的性能依賴于其本身的材料和結(jié)構(gòu),并由第三類基本規(guī)格,即器件的R-T曲線來描述。在訂購NTC溫度傳感器時,設(shè)計師經(jīng)常僅指定電阻、公差和標(biāo)準(zhǔn)曲線。但是,在很多情況下其它參量才是確保系統(tǒng)按預(yù)期工作的關(guān)鍵。最重要的參量之一是b值,表示器件的電阻隨溫度變化的敏感度,同樣重要的是該參量的標(biāo)定公差。exsense的產(chǎn)品具有非常出色的b值和公差,能夠帶來更高的精確度和更好的總體系統(tǒng)可靠性,而且在器件的整個工作溫度范圍內(nèi)都具有良好的性能。

　　最后,經(jīng)常被買方忽略的一點是,NTC溫度傳感器需要緊密地安裝在所要求的溫度測試點上。這意味著元件必須能夠經(jīng)受得住現(xiàn)代制造工藝的物理性應(yīng)力,尤其是在用于符合RoHS規(guī)范無鉛工藝中溫度曲線陡變的情況下。電池技術(shù)仍將不斷發(fā)展。但即使是體積更小、壽命更長的新興鋰聚合物技術(shù),也仍需要在控制回路和保護電路中監(jiān)測溫度。因此,成本低、精度高、體積小并且堅固耐用的NTC傳感器即使不被推崇,也仍是此類應(yīng)用中至關(guān)重要的元件