LMx35系列精密温度传感器：特性、应用与设计要点

在电子设备的设计中，温度测量是一个至关重要的环节。今天，我们就来深入探讨一下TI公司生产的LM135、LM135A、LM235、LM235A、LM335和LM335A这一系列精密温度传感器。

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一、特性亮点

1. 直接校准到开尔文温度标度

这使得传感器可以直接输出与绝对温度成比例的电压信号，方便工程师进行温度测量和处理。例如，LM135作为一个2端齐纳二极管，其击穿电压与绝对温度成正比，比例为10 mV/°K。

2. 高精度

具有1°C的初始精度，在100°C的温度范围内，经过25°C校准后，LM135的误差通常小于1°C。这对于对温度精度要求较高的应用场景来说非常关键。

3. 宽工作电流范围

可在400 μA至5 mA的电流范围内工作，且性能几乎不受电流变化的影响。这种宽工作电流范围使得传感器在不同的电路设计中具有更强的适应性。

4. 低动态阻抗

动态阻抗小于1Ω，这意味着传感器在工作时能够更好地与其他电路元件匹配，减少信号损失和干扰。

5. 易于校准

通过ADJ引脚可以方便地对传感器进行校准，以提高测量精度。这一特性大大简化了工程师在实际应用中的调试工作。

6. 宽工作温度范围

不同型号的传感器具有不同的工作温度范围，如LM135工作在 -55°C至150°C，LM235工作在 -40°C至125°C，LM335工作在 -40°C至100°C。这种宽温度范围使得传感器可以适用于各种不同的环境。

7. 低成本

在满足高精度和高性能的同时，还具有较低的成本，这对于大规模生产和应用来说具有很大的优势。

二、应用领域

LMx35系列温度传感器具有广泛的应用领域，以下是一些常见的应用场景。

1. 电源供应

在电源设计中，温度监测对于确保电源的稳定运行至关重要。这些传感器可以实时监测电源的温度，当温度过高时及时采取措施，防止电源损坏。

2. 电池管理

在电池充放电过程中，温度会对电池的性能和寿命产生影响。通过使用LMx35系列传感器，可以实时监测电池的温度，优化充电策略，延长电池的使用寿命。

3. HVAC（供热、通风与空调）系统

在HVAC系统中，精确的温度控制是保证室内舒适度的关键。这些传感器可以实时监测室内外温度，为系统的控制提供准确的数据。

4. 家电设备

如冰箱、空调、热水器等家电设备都需要精确的温度控制。LMx35系列传感器可以满足这些设备对温度测量的需求，提高设备的性能和可靠性。

三、详细规格

1. 绝对最大额定值

在使用传感器时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对传感器造成永久性损坏。例如，反向电流最大为15 mA，正向电流最大为10 mA，不同封装的存储温度范围也有所不同。

2. 推荐工作条件

不同型号的传感器具有不同的推荐工作温度范围和正向电流范围。在实际应用中，应根据具体的需求选择合适的型号，并确保传感器在推荐的工作条件下工作。

3. 热信息

包括热阻和热时间常数等参数，这些参数对于评估传感器在不同环境下的热性能非常重要。例如，不同封装的热阻不同，会影响传感器的散热性能。

4. 温度精度

不同型号的传感器在不同的测试条件下具有不同的温度精度。在实际应用中，需要根据具体的精度要求选择合适的型号，并进行必要的校准。

5. 电气特性

包括工作输出电压随电流的变化、动态阻抗、输出电压温度系数、时间常数和时间稳定性等参数。这些参数对于评估传感器的电气性能和稳定性非常重要。

四、功能描述

1. 温度校准

通过ADJ引脚可以方便地对传感器进行校准。由于LM135的输出与绝对温度成正比，因此在一个温度点进行校准后，在其他温度点的输出也会是准确的。校准公式为 (V{OUT }=V{OUT } × frac{T}{T{0}})，其中 (T) 是未知温度，(T{0}) 是参考温度。

2. 功能模式

LM135具有校准和未校准两种功能模式。为了获得最佳的精度，建议进行单点校准。

五、应用与实现

1. 应用信息

在使用传感器时，需要注意一些事项以确保良好的传感精度。例如，传感器的自热会降低精度，因此应在适合应用的最低电流下运行。如果传感器在热阻恒定的环境中使用，可以通过校准来消除自热误差。

2. 典型应用

以基本温度传感器为例，设计要求包括在25°C时的精度为±1°C，在 -55°C至150°C范围内的精度为±2.7°C，正向电流为1 mA，温度斜率为10 mV/K。在设计过程中，应选择合适的电阻R1，以确保1 mA的电流流过传感器，并尽量减少电流变化对测量精度的影响。

3. 系统示例

文档中给出了多种系统示例，如宽工作电源、最小温度传感、平均温度传感、隔离温度传感器、简单温度控制器、热电偶冷端补偿等。这些示例为工程师在实际应用中提供了参考。

六、电源供应建议

为了确保LM335正常工作，应使用0.4 mA至5 mA的电流对其进行偏置。

七、布局设计要点

1. 布局指南

在布局设计时，应确保传感器与测量表面的良好接触，以保证温度传递的效率。同时，应避免传感器受到气流和PCB热源的影响。可以通过将传感器的引脚与测量表面机械连接，以及使用热隔离措施来减少这些影响。

2. 布局示例

文档中给出了具体的布局示例，包括VIA到接地平面和电源平面的连接，以及引脚的布置。

3. 防水处理

可以使用可熔内芯的热缩管来制作低成本的防水传感器。将LM335插入管中，加热管子使其熔化，从而密封传感器。

4. 传感器安装

在将传感器安装在电缆末端时，需要注意长导线引起的电压降会影响测量精度。文档中给出了不同AWG导线在不同电流下引起1°C误差的导线长度。

八、设备与文档支持

1. 设备支持

包括设备命名法的解释，如工作输出电压、未校准温度误差和校准温度误差等。

2. 相关链接

提供了技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及样品或购买的快速访问链接。

3. 静电放电注意事项

这些设备的ESD保护有限，在存储或处理时应将引脚短路或放置在导电泡沫中，以防止静电损坏。

4. 术语表

提供了相关术语、首字母缩写词和定义的解释。

九、机械、封装和订购信息

文档中详细列出了不同型号传感器的封装信息、引脚数量、包装数量、载体类型、RoHS合规性、工作温度范围、零件标记、材料类型、MSL评级和峰值回流温度等信息，方便工程师进行订购和使用。

总之，LMx35系列精密温度传感器具有高精度、宽工作范围、易于校准等优点，适用于各种温度测量和控制应用。在实际设计中，工程师需要根据具体的需求选择合适的型号，并注意布局设计、电源供应和校准等方面的问题，以确保传感器的性能和可靠性。你在使用这些传感器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。