Dezember 2013

SMD-NTC-Thermistoren

Temperaturen exakt erfassen

Eine möglichst exakte Temperaturmessung wird vor allem in Anwendungen der Industrie- und Automobil-Elektronik immer wichtiger. EPCOS SMD-NTC-Thermistoren sind hierfür zuverlässige Schlüsselbauelemente.

Elektronik-Baugruppen mit hohen Packungsdichten werden oft an ihren thermischen Limits betrieben. Um bei drohender Überhitzung rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können, ist die exakte Temperaturerfassung unumgänglich. EPCOS SMD-NTC-Thermistoren in miniaturisierten Bauformen ermöglichen die dafür notwendigen hochpräzisen Messungen, wodurch mithilfe intelligenter Schaltungen effektive Regelungen realisiert werden können.

Die neuen Produkte sind in den Baugrößen EIA 0402 und 0603 und mit einem Nennwiderstand von 10 kΩ in den Toleranzklassen ±1%, ±3% und ±5% erhältlich. Diese engen Toleranzen werden durch eine neue Fertigungstechnologie sowie eine robuste Glaspassivierung ermöglicht, die zudem für hohe Zuverlässigkeit und Alterungsstabilität sorgt. Die Kennliniensteilheit mit einem B-Wert von 3455 K hat generell eine enge Toleranz von ±1%. Dadurch und dank ihrer kurzen Ansprechzeit ermöglichen die neuen NTC-Thermistoren eine präzise und schnelle Temperaturmessung in einem großen Messbereich. Die Standard-Serie eignet sich für Anwendungen bis +125 °C. Die Bauelemente der Serien B57230V2103*260 (EIA 0402) und B57330V2103*260 (EIA 0603)können für eine ganze Reihe von Applikationen in der Konsum- und Industrie-Elektronik verwendet werden.

Exakte Stromnachregelung dank schneller Temperaturerfassung

Ein typisches Beispiel ist die Ladeüberwachung von Akkus in mobiler Elektronik. Bei moderner Ladetechnik muss nicht nur die maximal zulässige Temperatur der Akku-Zellen überwacht werden, sondern auch der maximal zulässige Ladestrom der einzelnen Zelle bei der höchst zulässigen Zelltemperatur. Erreicht die Zelle durch den Ladestrom ihre Grenztemperatur, muss dieser sehr genau abgeregelt werden, um eine Beschädigung der Zelle zu vermeiden. Je genauer und schneller Temperaturänderungen der Zelle erfasst werden, umso exakter kann der Strom nachgeregelt werden. Dieses Verfahren erlaubt es, in kürzest möglicher Zeit zu laden, ohne das Risiko einer thermischen Überlastung einzugehen.

In einigen Applikationen, wie bei der Schnellladung, ist es sinnvoll, auch die Umgebungstemperatur zu erfassen, um zu große Temperaturunterschiede zwischen den Zellen und der Umgebung zu vermeiden. Dazu kann ein zweiter NTC-Thermistor direkt auf der Platine der Lade-Elektronik integriert werden; Abbildung 1 zeigt eine solche Schaltung.

Abbildung 1: Prinzipschaltbild einer Ladeüberwachung mit NTC-Thermistoren

Bei der Schnellladung kommen zwei NTC-Thermistoren zum Einsatz. Damit lassen sich extreme Temperaturunterschiede zwischen der Umgebung und dem Akku kompensieren.

Halbleiter vor Überhitzung schützen

Leistungshalbleiter, Logik-Bauelemente, Micro-Controller und Prozessoren müssen vor zu hohen Temperaturen geschützt werden, um eine sichere Funktion zu gewährleisten. Die neuen SMD-NTC-Thermistoren können dank ihrer geringen Baugröße (z. B. EIA 0402) direkt in der Nähe von Micro-Controllern und anderen Hot Spots auf der Platine verbaut werden. Der gute thermische Kontakt zur Leiterplatte über die Lötverbindungen bei gleichzeitig vernachlässigbarer Selbsterwärmung sorgt für eine sehr präzise thermische Überwachung empfindlicher Halbleiter. Dank der hohen Widerstandsfähigkeit der EPCOS SMD-NTC-Thermistoren gegen thermischen Schock eignen sie sich nicht nur für Reflow-Lötverfahren, sondern auch für das Wellenlöten. Deshalb können Designer die Thermistoren auf der Unterseite der Platine zum Beispiel gegenüber von Micro-Controllern platzieren, was einen sehr guten thermischen Kontakt ergibt – auch bei Controllern mit großen Abmessungen. Abbildung 2 zeigt eine typische Schutzbeschaltung für Micro-Controller.

Abbildung 2: Thermische Überwachung von Micro-Controllern

Bei zu hohen Temperaturen drosselt der NTC die Versorgungsspannung des Micro-Controllers.

LED-Lebensdauer verlängern

In LED-Beleuchtungssystemen sorgen SMD-NTC-Thermistoren für eine große Lichtausbeute bei gleichzeitig hoher Lebensdauer. Die Effizienz von LED-Leuchten wird maßgeblich durch die Temperatur der Halbleiterübergänge bestimmt. Zu hohe Temperaturen müssen vermieden werden, da diese zu einem frühen Leistungsabfall, einer Reduzierung der Leuchtkraft, einer Farbänderung sowie einer deutlich verkürzten Lebensdauer, im schlimmsten Fall sogar zur Zerstörung führen. Zu niedrige Temperaturen mindern die Lichtausbeute und damit das Verhältnis von Lumen zum Volumen. Um eine höchst mögliche Effizienz zu erzielen, muss die Temperatur in dem spezifizierten Optimum gehalten werden – bei typischen LED-Anwendungen zwischen 70 °C und 90 °C.

Wird ein SMD-NTC-Thermistor in die LED-Schaltung integriert, führt jede Abweichung von der idealen Temperatur zu einer starken Widerstandsänderung des NTC-Elements. Diese wird von einem Komperator ausgewertet, wodurch der Stromfluss durch die LED reduziert wird. Dadurch sinkt die Verlustleistung der LED, was deren Lebensdauer deutlich erhöht. Abbildung 3 zeigt eine entsprechende Schaltung. Speziell für Entwickler von LED-Beleuchtungssystemen gibt es ein maßgeschneidertes Sample Kit mit EPCOS SMD-NTC-Thermistoren.

Abbildung 3: Thermische Überwachung von LED-Beleuchtungen

Durch eine Temperaturüberwachung wird die Lebensdauer von LED-Leuchtmitteln deutlich gesteigert.

Neben der Standard-Serie wurde auch eine Automotive-Serie entwickelt. Sie ist nach AEC-Q200 qualifiziert und für Anwendungen bis +150 °C geeignet. Eingesetzt werden die neuen NTC-Thermistoren in der Automobil-Elektronik etwa in Steuergeräten, Klimaanlagen, in der Temperaturüberwachung von Batterien sowie Ladesystemen.

Tabelle: Kenndaten der EPCOS SMD-NTC-Thermistoren

TypSerieEIA Baugröße/
Abmessungen [mm]
R25 [kΩ]ΔR/R25 [%]Temperatur-
bereich [°C]
B57232V5103+360           Automotive0402 / 1,0 × 0,5 × 0,610±1; ±3; ±5−40 to +150
B57332V5103+3601Automotive0603 / 1,6 × 0,8 × 0,910±1; ±3; ±5−40 to +150
B57230V2103+2601Standard0402 / 1,0 × 0,5 × 0,610±1; ±3; ±5−40 to +150
B57330V2103+2601Standard0603 / 1,6 × 0,8 × 0,910±1; ±3; ±5−40 to +150

1 “+” ist Platzhalter für die Widerstandstoleranz: F = ±1%, H = ±3%, J = ±5%

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