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NTC熱敏電阻是一種熱阻元件，其阻值會(huì)隨溫度升高而急劇下降。利用這一特性，除了可以被設(shè)計(jì)為溫度傳感器以外，它還被用作溫度保護(hù)元件以防止電路過熱。
通過將NTC熱敏電阻安裝在靠近熱源的位置上，可以準(zhǔn)確檢測熱源溫度。但由于基板尺寸和PCB布線等限制，有時(shí)也需要將其安裝在遠(yuǎn)離熱源的位置。
在本文中，我們假設(shè)了這種情況，將LED閃光燈基板上的LED作為熱源，并通過發(fā)熱模擬確認(rèn)了由于LED和NTC熱敏電阻安裝位置不同而導(dǎo)致的測量溫差，此外還確認(rèn)了基板厚度的影響，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行說明。
目的
通過將NTC熱敏電阻安裝在靠近熱源的位置，可實(shí)現(xiàn)精確的熱源溫度檢測。
但由于基板尺寸和PCB布線等限制，有時(shí)也需要將其安裝在遠(yuǎn)離熱源的位置。
我們假設(shè)了這種情況，使用發(fā)熱模擬軟件（PICLS，Software Cradle Co., Ltd.制造），將LED閃爍燈基板的LED作為熱源來確認(rèn)由于LED和NTC熱敏電阻安裝位置不同而導(dǎo)致的溫差，此外還確認(rèn)基板厚度的影響。
測試基板
測試所用的基板是基于智能手機(jī)LED閃光基板的模型所設(shè)計(jì)的。
圖1：基板信息
●基板外形和零件配置
●基板正面
●基板背面
●基板設(shè)計(jì)
? 外形尺寸6.5x5.0mm
? 2層基板(基材FR4)
? 基材導(dǎo)熱系數(shù)0.25W/mk
? 圖案(Cu)厚度35um
? Cu導(dǎo)熱系數(shù)398W/mk
測試條件
測試條件如下所示。
條件1：基板厚度
對(duì)于LED閃爍燈基板，正面的GND布線通過Via連接到背面。
其他部分使用FR4基板材料。
基板越厚使用的基材越多。
基板厚度有0.4mm和1.6mm兩個(gè)等級(jí)。
圖2：模擬條件1【基板厚度】
條件2：NTC熱敏電阻安裝位置
在LED閃爍燈基板的中央?yún)^(qū)域安裝了四個(gè)1mm形狀的LED。
在遠(yuǎn)離LED的位置上配置0402mm形狀的NTC熱敏電阻。
NTC熱敏電阻的安裝位置距離LED為0.25mm、1.00mm和1.75mm。
圖3：模擬條件2 【NTC熱敏電阻安裝位置】
測溫點(diǎn)
發(fā)熱模擬時(shí)的測溫點(diǎn)設(shè)為LED表面和NTC熱敏電阻表面四處。
圖4：測溫點(diǎn)
測試結(jié)果
結(jié)果1：基板厚度 0.4mm
LED表面溫度???顯示92.5℃。
NTC熱敏電阻表面溫度???顯示距離LED越遠(yuǎn)溫度越低。
NTC熱敏電阻表面溫度相對(duì)于LED表面溫度產(chǎn)生了溫差。
基板表面存在溫度分布，導(dǎo)體圖案與基板材料之間也產(chǎn)生了溫差。
圖5：各個(gè)測溫點(diǎn)的LED&NTC熱敏電阻表面溫度模擬結(jié)果-1
結(jié)果2：基板厚度1.6mm
LED表面溫度???顯示92.8℃。
NTC熱敏電阻表面溫度???顯示距離熱源LED越遠(yuǎn)溫度越低。
NTC熱敏電阻表面溫度相對(duì)于LED表面溫度產(chǎn)生了溫差。
基板表面存在溫度分布，導(dǎo)體圖案與基板材料之間也產(chǎn)生了溫差。
圖6：各個(gè)測溫點(diǎn)的LED&NTC熱敏電阻表面溫度模擬結(jié)果-2
發(fā)熱模擬結(jié)果總結(jié)
NTC熱敏電阻安裝位置導(dǎo)致的溫差：
由于FR4的導(dǎo)熱系數(shù)低至0.25W/mk，LED的熱量難以向周圍傳遞，導(dǎo)致LED與周圍產(chǎn)生溫差。
距離熱源LED越遠(yuǎn)，LED和NTC熱敏電阻之間的溫差越大。
圖7：NTC熱敏電阻安裝位置導(dǎo)致的溫差
確認(rèn)基板厚度的影響：
當(dāng)基板厚度較厚時(shí)，NTC熱敏電阻不容易受到轉(zhuǎn)移到背面GND的熱量的影響，因此NTC熱敏電阻與熱源LED的溫差變大。
圖8：LED和NTC熱敏電阻的表面溫差 (Δ溫度)
△溫度:
其顯示了LED表面溫度和NTC熱敏電阻表面溫度之間的溫差。
示例:
** 83.1-92.8= -9.7℃**
使用NTC熱敏電阻的溫度檢測電路
基板材質(zhì)：使用FR4時(shí)，由于熱源的熱量難以向周圍傳遞，導(dǎo)致熱源與周圍產(chǎn)生溫差。此外，距離熱源越遠(yuǎn)，熱源與NTC安裝位置的溫差越大。在設(shè)計(jì)溫度檢測電路時(shí)需要考慮到這些現(xiàn)象。
元件選擇步驟
想要進(jìn)行溫度監(jiān)測使LED表面溫度不超過90℃時(shí)：
圖9：使用NTC熱敏電阻的溫度檢測電路
■檢測電路
■輸出電壓(Vout)特性
