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讨论了包含内部电流感测电阻的达拉斯半导体电池管理产品的自热效应

来源:analog 发布时间:2023-12-04

摘要: Maxim的许多电池监测器都包含一个内部检测电阻来测量电流的选项。本应用说明解决了通过感测电阻的电流产生的自热可能导致片上温度测量不准确的任何问题。用于确定由内部感测电阻引入的自热量的数据给出了独立设备和热耦合到电池单元的设备的情况。此外,在不能容忍自热效应的情况下,提出了可以在软件中轻松实现的校正计算。

Maxim的许多电池监测器都包含一个内部检测电阻来测量电流的选项。本应用说明解决了通过感测电阻的电流产生的自热可能导致片上温度测量不准确的任何问题。用于确定由内部感测电阻引入的自热量的数据给出了独立设备和热耦合到电池单元的设备的情况。此外,在不能容忍自热效应的情况下,提出了可以在软件中轻松实现的校正计算。

Maxim的电池管理设备可以选择将感应电阻集成到封装中。虽然此功能降低了成本和电路板尺寸,但可能会出现由集成感测电阻产生的热量可能导致片上温度感测不准确的问题。相反,下面的应用说明表明,产生的热量并不大到足以引起大多数应用的关注。对于那些可能受到影响的应用程序,提供了一种消除影响的软件解决方案。

自动加热

以下数据显示了通过内部感测电阻的功耗如何加热芯片并影响片上温度转换的准确性。达拉斯半导体电池管理产品的设计允许2安培的最大持续感测电阻电流。因此,在运行过程中,器件封装可耗散高达2.0 a (2) × 30毫欧或120毫瓦的功率。

图1a:无耦合的感测电阻自热

图1b:耦合到电池时,感测电阻自热

图1a显示了自加热对独立封装的影响,而图1b显示了封装与电池热耦合时的改进。为了收集数据,将带有内部感测电阻的倒装芯片DS2760与带有内部感测电阻的TSSOP封装DS2760进行了比较。作为参考,还包括带有外部电阻的TSSOP DS2760。为了更准确地模拟封闭的电池组,每个设备都被封闭在一个容器中,以防止空气流过电池组。记录每个器件的环境温度,并使流过感测电阻的电流为零。然后以0.25安培的步骤增加电流,直到最大2.0安培。每一步,设备的温度被允许稳定下来,然后从温度寄存器中取平均值。整个过程在图1b中重复,锂离子18650尺寸的电池热耦合到带有散热器化合物的器件封装上。

非热耦合器件的结果表明,在较差的情况下,倒装芯片和TSSOP的模温分别增加了30°C和20°C。值得注意的是,其严重性远远超出了大多数手持应用程序。例如,GSM手机的平均电流只有300到400毫安,在这种情况下,温度的上升不会超过几摄氏度。当与电池热耦合时,自热显著减少。典型的温度升高比非耦合器件低约75%。请注意,即使外部电阻设备通过连接感测电阻到IC的电路板走线也会经历一些加热。作为参考,外部电阻安装在距离DS2760TSSOP 335密尔的地方,走线长度为650密尔。

图2:基于功耗的感测电阻自热

软件修正

如果需要精确的温度测量,通过系统主机执行的一些简单计算可以很容易地消除自热的影响。图2包含与图1a相同的数据,除了现在将模具温度升高与通过感测电阻耗散的功率进行比较。加热和功率之间的线性关系可以用下面的等式表示,允许一个简单的软件错误消除实现:


地点:
T(A) =实际温度
T(M) =测量温度
I =测量平均电流
R =感知阻力
n =缩放因子

所使用的比例因子可能会根据应用的具体情况而有很大的不同,例如封装类型、气流、热耦合等。对于给定的应用,它的值可以很容易地通过实验确定并存储在设备EEPROM中。

总结

在大多数应用中,达拉斯半导体内部感测电阻器件的芯片自热效应是最小的。如果封装与电池热耦合,则可以大大减少自加热,这是推荐的,以便更准确地报告电池的温度。自加热可以在软件中进行校正,用于需要非常精确的温度测量的应用。



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