La comprensión de voltaje de referencia afectado por las temperatura

NOTA DE APLICACIÓN 4419

Por:
David Fry, Director Estratégico de Ingeniería de Aplicaciones

09 de mayo 2012

Resumen: Una referencia de tensión perfecta produce un voltaje estable independiente de cualquier factor externo. En el Mundo real referencias de tensión, por supuesto, están sujetos a errores causados ​​por muchos factores externos. Una de las causas principales de estos errores es la temperatura. Sin cuidado, es fácil de operar un voltaje de referencia fuera de su intervalo de temperatura de funcionamiento. Esta nota de aplicación describe cómo las referencias responder a los cambios de temperatura, y cómo auto-calentamiento puede causar una tensión de referencia para operar fuera de su rango de temperatura recomendada. Una vez comprendido, este conocimiento se puede utilizar para evitar que este error de diseño.

¿Cómo Referencias de tensión se encuentran en la temperatura?

Coeficiente de temperatura ( tempco ) es la especificación que define la forma de tensión una tensión de referencia de salida se deriva sobre una temperatura dada. Figura 1 muestra cómo dos referencias deriva de tensión con la temperatura. Estas parcelas fueron tomadas de tres unidades típicas.

Figura 1. Típicas referencias de tensión como la deriva MAX6033 y MAX6005 con la temperatura.

El primer gráfico muestra los datos para el MAX6033 y la segunda parcela son los datos para el MAX6005 . Es inmediatamente evidente que los dispositivos tienen características en forma significativamente diferentes. El MAX6033A se especifica como un 7ppm (máx) de referencia, mientras que el MAX6005 se especifica como un 100ppm (máx) de referencia. ¿Qué significa esto realmente para un diseño? Sin duda, no quiere decir que si aumentamos la temperatura de una parte de 1 ° C, vamos a cambiar la tensión de salida por el tempco. Para entender lo que está sucediendo, hay que recordar que Maxim especifica las referencias de tensión en serie con la "caja" método. Este método hace que sea fácil de comparar una familia entera de referencias de tensión, y es el método estándar de la industria.

El MAX6033A sirve como un buen ejemplo de cómo el método de la caja funciona. Este dispositivo se especifica como un 7ppm (máx) de referencia durante un intervalo de temperatura de -40 ° C a +85 ° C. También vale la pena señalar que el MAX6033 se especifica también en el más amplio de -40 ° C a +125 ° C, por lo que la figura 1 va todo el camino a +125 ° C. Para calcular el grado de exactitud que será el rango de temperatura especificado, simplemente multiplique el tempco por la gama del dispositivo de temperatura especificado. El MAX6033A es 7ppm / ° C x 125 ° C = 875ppm. Este valor es siempre positiva y negativa. Así que en todo el rango del dispositivo de temperatura especificado, podemos garantizar que la referencia a la deriva en menos de ± 875ppm del valor inicial.Esto se muestra gráficamente en la Figura 2 , donde los datos son muy impresionante para un dispositivo SOT23-envasados. La "caja" es limitado en la parte superior e inferior por la deriva máxima y de la izquierda y derecha por las temperaturas extremas.

También es importante mencionar que el valor inicial de cualquier referencia se define como la gama de tensiones de salida para un conjunto definido de condiciones: temperatura, voltaje de entrada, la corriente de carga, etc Para el MAX6033A, esto es de ± 0,04% y para el MAX6005A, esto es de ± 1%.

Figura 2. El MAX6033 deriva de la temperatura.

Un ejemplo ilustra por qué este es un ejercicio importante. Supongamos que un diseño requiere la referencia a la deriva no más de ± 1100ppm en el rango de temperatura de 0 ° C a +70 ° C. El MAX6033A fácilmente cumplir con esta especificación. El MAX6033B, sin embargo, tiene un tempco de 10 ppm, lo que lleva a una deriva de 1250ppm por lo que este dispositivo no funcionaría en la aplicación.

Volvamos ahora a la búsqueda paramétrica en el sitio web de Maxim, A la búsqueda localiza hipotéticos del MAX6025A de tensión de referencia, que se especifica como 20 ppm en -40 ° C a +85 ° C. Es evidente que este dispositivo no funcionará, ya que daría lugar a una desviación de ± 2500ppm. Hay, sin embargo, algo críticamente importante tener en cuenta: este dispositivo también se especifica como 15 ppm por encima de 0 ° C a +70 ° C, lo que resulta en ± 1050ppm. Este dispositivo cuesta cerca de la mitad del precio de la MAX6033A, por lo que es claramente la mejor opción para la aplicación de ejemplo.

Hay otro punto muy importante a comprender acerca de las especificaciones de referencia de voltaje tempco.Tempco se especifica a temperatura troquel y no a temperatura ambiente , como es normal con muchas otras especificaciones del dispositivo.

De voltaje de referencia auto-Calefacción y Cálculo de la temperatura de la matriz

Como se indicó anteriormente, el intervalo de temperatura utilizado cuando se especifica tempco es la temperatura de la hilera. Un dispositivo no puede disipar típicamente mucho poder y, por tanto, su temperatura de la boquilla será muy cercana a la ambiente. Puede haber veces, sin embargo, cuando un diseño requiere una referencia para disipar más potencia. Este tipo de "extrema" de diseño podría utilizar un MAX6043, que es especial debido a su tensión de alimentación máxima puede ser de 40V. Se puede suministrar un mínimo de 10 mA. Las especificaciones para las AbsMax MAX6043 se muestran a continuación:

 

Los valores máximos absolutos
EN una toma de tierra	-0.3V a +42 V
Outf, salidas a GND	-0.3V a (V EN + 0,3 V)
La disipación de potencia continua (T A = 70 ° C)  de 6 pines SOT23 (pérdida de potencia 9.1mW / ° C por encima de 70 ° C)	727mW
OUT_Short Circuito Duración	5 años
Temperatura de funcionamiento	-40 ° C a +125 ° C
Temperatura de almacenamiento	-65 ° C a +150 ° C
Rango de temperatura de la salida	-65 ° C a +150 ° C
El plomo de temperatura (soldadura, 10s)	+300 ° C

Este 6-pin SOT23 paquete está clasificado en la disipación de 727mW, pero se debe reducir al 9.1mW / ° C por encima de 70 ° C. La temperatura de funcionamiento máxima de la unión es 125 ° C, según se contemplan en el rango de temperatura de funcionamiento.

Teniendo en cuenta estas especificaciones, se puede determinar el dispositivo de la temperatura ambiente máxima.La temperatura de la hilera se calcula a partir de:

T _A T = _J + R _ΘJA × P _DISS

Donde:

• T _J es la temperatura de la unión.
• T _Una es la temperatura ambiente.
• R _ΘJA es la térmica de la resistencia de la salida a la temperatura ambiente.
• P _DISS es la disipación de potencia.

Nótese que aunque R? JA no se muestra específicamente, se puede calcular a partir 1/derating factor. En este caso, que es:

1/9.1mW / ° C = 110 ° C / W.

Considérese otro ejemplo con una fuente de alimentación de 40V, una tensión de referencia de 2,5 V, y una corriente de carga de 10 mA. Esto da como resultado una disipación de potencia de 375MW. Utilizando la ecuación anterior, la temperatura ambiente máxima es 84 ° C. Calentamiento espontáneo representa el 41 ° C.

Así que, aunque la referencia MAX6043 se especifica hasta +125 ° C, en las altas cargas que sólo se puede utilizar hasta 84 ° C.

 

Conclusiones

El método de la caja trabaja para definir la cantidad de referencias de tensión se especifican en la temperatura. La comprensión de este método, a continuación le ayudará a seleccionar el mejor componente de una aplicación. A diferencia de muchas especificaciones, el rango de temperatura de funcionamiento de las referencias de tensión es la temperatura de la hilera y no la temperatura ambiente. Un ejemplo ha demostrado cómo calcular la temperatura de la matriz, y cómo esto puede conducir a reducciones significativas en el rango de temperatura de funcionamiento que se puede lograr de una referencia específica.