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如何使用二极管做更精准的测温

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xutang|  楼主 | 2023-4-7 22:06 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
#申请原创# 如何使用二极管做更精准的测温       大多数场合都是热敏电阻进行测温,但其实二极管也能测温,正如之前我的发的,但具体怎么进行测温呢?
       在这里搞了个小电路演示下怎么进行二极管测温。
图1:二极管测温电路
       在这里使用的是1N4148,我们看1N4148手册如图2所示,这里选的是OnSemi的1n4148.
图2:onsemi 1n4148 电压温度曲线
       在图1中,V2和V3我们可以选类比的REF芯片,如图3所示因为同相端等于反向端R1的电压差就必定会等于V2减去V3,那R1的电流是可以确定的,R1受X1控制X1的OUT电流就是R1的电流也等于D1的电流。
图3:类比REF产品
       选X1这个OPA,我们肯定要选温度漂移小的,越小越好,所以我们可以看看类比的OPZ30系列的产品。如图4所示。
图4:类比半导体选型手册
       所选的OPA的失调电压越小,那么电阻上的电压误差也就越小,温度漂移越小,全温度范围的精度越高,实际使用1N4148测温时候可以用连接器将1n4148连接出去,然后放在热的位置,控制电路则放在冷端,为了测温测的更准需要开尔文连接。如图5所示。
图5:二极管使用开尔文连接
       在对图1进行不同温度仿真时候,得出了以下的结果,如图6所示。
图6:二极管测温仿真结果
       温度变化,二极管上的电流不变,二极管上的电压产生变化,符合手册的描述,但是实际使用的时候还需要对二极管上的电压进行采集,采集二极管上的电压还需要一个减法器,一个ADC,类比有集成这样的产品如CSD系列,内置电流/电压采样,支持SPI/IIC控制。如图7所示。要采集二极管温度只要简单的将电压采样的引脚连接到二极管的Sense线两端即可,非常方便
图7:类比CSD产品

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xutang 2023-4-14 07:29 回复TA
@21小跑堂 :get 
21小跑堂 2023-4-10 10:56 回复TA
halo 楼主,欢迎了解论坛蓝v达人原创活动:https://bbs.21ic.com/icview-3279072-1-1.html!写项目总结、学习复盘与有奖原创一举两得~ 

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沙发
地瓜patch| | 2023-4-7 23:09 | 只看该作者
这个就厉害了

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板凳
xutang|  楼主 | 2023-4-8 10:16 | 只看该作者

感谢版主捧场

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地板
syh2431| | 2023-4-8 20:53 | 只看该作者

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5
海布里| | 2023-4-9 09:51 | 只看该作者
成本是不是就降下来了

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xutang|  楼主 | 2023-4-9 12:55 | 只看该作者
海布里 发表于 2023-4-9 09:51
成本是不是就降下来了

嘿嘿,看原先是多少成本,或者本来有没有用adc

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7
William1994| | 2023-4-9 13:35 | 只看该作者
VF极其不准,批量不校准的话,也就是能保证±25℃的精度(3倍标准差)。
工程上用10uA和30uA的delta IF情况下的delta VF,好像是个反向延伸过-273.15℃,而且和二极管反向饱和电流成正比例的一个信号。单点校准后温度尚可。
整个系统,最贵的其实还是ADC,而不是温度传感器。

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xutang 2023-4-9 22:10 回复TA
一种思路 
8
QuakeGod| | 2023-4-9 13:40 | 只看该作者
这个我以前做过,
由于二极管有离散型,这个测量不是很准的,误差几摄氏度。
还有更精确的做法,是用两个不同的电流,测量电压,然后做比较。
可以参考这个文章。
https://www.sohu.com/a/112470577_119709
还有CPU内部测温就是用的二极管,不过是用两个二极管一组互相比例,抵消了二极管离散型带来的影响。

你这个可以用同一个二极管,分别通过两个不同的电流测量两个电流之间的电压差来计算温度。

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William1994 2023-4-9 19:24 回复TA
非常不错的参考资料。里面略微有个反向饱和电流的数值不大准确,它是和接触面积成正比的。 
9
QuakeGod| | 2023-4-9 13:53 | 只看该作者
我以前看过一个文章,就是说的奔4CPU内部的二极管测温电路。
现在这个文章找不到了,
记得是两个并列在一起的二极管,两者电流大概相差100倍,比如1个1uA,一个100uA。
然后测量两者的电压差推算出温度。这个方式比直接用结电压计算要准得多。
当然如果你是分立的二极管,可以同一个二极管,交替分别通过不同大小的电流,来测量电压的方式。

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10
coody| | 2023-4-10 13:22 | 只看该作者
二极管测温是可以的,前提是不能要求太精确,因为离散性太大,特别是同一个电流、温度下的压降差别很大,能超过10度,远不如用NTC测温,NTC测温都不需要准确的参考电压(比例测量),免校准,但是二极管测温需要要较好的参考电压和恒流源,还要做(至少)两点校准,麻烦得多。

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xutang 2023-4-14 07:22 回复TA
可以出厂时候一起校准,有专门拿来测温的三极管 
11
Siderlee| | 2023-4-11 13:37 | 只看该作者


一个二极管,两个电流源,测量差值

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xch 2023-4-15 17:48 回复TA
用集电结更好些 
12
xch| | 2023-4-12 23:30 | 只看该作者
没看到怎么个准。相对啥标准?  驱动电流引起的温升都没考虑。准了个寂寞

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xch 2023-4-15 17:51 回复TA
@xutang :你知道1N4148 正向压降与温度有啥关系? 
xutang 2023-4-15 09:23 回复TA
@xch :我想对比的其实是热水器里的1n4148 
xch 2023-4-14 10:39 回复TA
@xutang :连个怎么准的数据都没有,比个寂寞? 
xutang 2023-4-14 07:23 回复TA
那要看和什么东西比了 
13
csdnpurple| | 2023-4-15 12:46 | 只看该作者
xch 发表于 2023-4-12 23:30
没看到怎么个准。相对啥标准?  驱动电流引起的温升都没考虑。准了个寂寞 ...

驱动电流引起的温升怎样处理才好呢?

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14
xch| | 2023-4-15 17:47 | 只看该作者
csdnpurple 发表于 2023-4-15 12:46
驱动电流引起的温升怎样处理才好呢?

难做。
不用4148这种小功率高频二极管。
用中功率三极管集电结(发射极,基极短接)做测温二极管。
使用脉冲小电流驱动。
本来二极管测温就是个粗糙的方法。其温度特性太差,温度系数就没法恒定,比较精确的测温范围很窄。

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15
csdnpurple| | 2023-4-15 19:12 | 只看该作者
xch 发表于 2023-4-15 17:47
难做。
不用4148这种小功率高频二极管。
用中功率三极管集电结(发射极,基极短接)做测温二极管。

"温度系数就没法恒定" 是指什么意思?是同一颗温度系数会不停的变动还是不同颗之间有离散性?

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16
xch| | 2023-4-15 22:15 | 只看该作者
csdnpurple 发表于 2023-4-15 19:12
"温度系数就没法恒定" 是指什么意思?是同一颗温度系数会不停的变动还是不同颗之间有离散性? ...

同一颗PN 结,不同偏置和温度时,温度系数不是恒定值。
比如有个Q 点,温度系数等于0

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17
csdnpurple| | 2023-4-16 09:43 | 只看该作者
xch 发表于 2023-4-15 22:15
同一颗PN 结,不同偏置和温度时,温度系数不是恒定值。
比如有个Q 点,温度系数等于0 ...

根据V=(KT/q)(ln(Ic/Is)+1) 当Ic、Is为常数时,V 和 T 成正比 怎么会有温度系数为零的情况呢?

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xch 2023-4-16 10:09 回复TA
实验一下看看结论是否靠谱。你可以用打火机,电烙铁烧烤一下二极管。一次实验胜过读书4年 
18
xch| | 2023-4-16 10:06 | 只看该作者
csdnpurple 发表于 2023-4-16 09:43
根据V=(KT/q)(ln(Ic/Is)+1) 当Ic、Is为常数时,V 和 T 成正比 怎么会有温度系数为零的情况呢? ...

你都假设Is 为常数了。

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19
csdnpurple| | 2023-4-16 12:00 | 只看该作者
xch 发表于 2023-4-16 10:06
你都假设Is 为常数了。

使用打火机和电烙铁怎样测试到零温度系数?实验条件是什么?

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20
xch| | 2023-4-16 19:40 | 只看该作者
csdnpurple 发表于 2023-4-16 12:00
使用打火机和电烙铁怎样测试到零温度系数?实验条件是什么?

改变正向偏置电流(使用低占空比脉冲),测不同 温度 下二极管正向偏置电压。温度以二极管承受范围为条件。

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