131 1300 0010
NTC熱敏電阻是一種熱阻元件，其阻值會隨溫度升高而急劇下降。利用這一特性，除了可以被設計為溫度傳感器以外，它還被用作溫度保護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，可以準確檢測熱源溫度。但由于基板尺寸和PCB布線等限制，有時也需要將其安裝在遠離熱源的位置。
在本文中，我們假設了這種情況，將LED閃光燈基板上的LED作為熱源，并通過發熱模擬確認了由于LED和NTC熱敏電阻安裝位置不同而導致的測量溫差，此外還確認了基板厚度的影響，并對其結果進行說明。
目的
通過將NTC熱敏電阻安裝在靠近熱源的位置，可實現精確的熱源溫度檢測。
但由于基板尺寸和PCB布線等限制，有時也需要將其安裝在遠離熱源的位置。
我們假設了這種情況，使用發熱模擬軟件（PICLS，Software Cradle Co., Ltd.制造），將LED閃爍燈基板的LED作為熱源來確認由于LED和NTC熱敏電阻安裝位置不同而導致的溫差，此外還確認基板厚度的影響。
測試基板
測試所用的基板是基于智能手機LED閃光基板的模型所設計的。
圖1：基板信息
●基板外形和零件配置
●基板正面
●基板背面
●基板設計
? 外形尺寸6.5x5.0mm
? 2層基板(基材FR4)
? 基材導熱系數0.25W/mk
? 圖案(Cu)厚度35um
? Cu導熱系數398W/mk
測試條件
測試條件如下所示。
條件1：基板厚度
對于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兩個等級。
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閃爍燈基板的中央區域安裝了四個1mm形狀的LED。
在遠離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
發熱模擬時的測溫點設為LED表面和NTC熱敏電阻表面四處。
圖4：測溫點
測試結果
結果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越遠溫度越低。
NTC熱敏電阻表面溫度相對于LED表面溫度產生了溫差。
基板表面存在溫度分布，導體圖案與基板材料之間也產生了溫差。
圖5：各個測溫點的LED&NTC熱敏電阻表面溫度模擬結果-1
結果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越遠溫度越低。
NTC熱敏電阻表面溫度相對于LED表面溫度產生了溫差。
基板表面存在溫度分布，導體圖案與基板材料之間也產生了溫差。
圖6：各個測溫點的LED&NTC熱敏電阻表面溫度模擬結果-2
發熱模擬結果總結
NTC熱敏電阻安裝位置導致的溫差：
由于FR4的導熱系數低至0.25W/mk，LED的熱量難以向周圍傳遞，導致LED與周圍產生溫差。
距離熱源LED越遠，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致的溫差
確認基板厚度的影響：
當基板厚度較厚時，NTC熱敏電阻不容易受到轉移到背面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：使用FR4時，由于熱源的熱量難以向周圍傳遞，導致熱源與周圍產生溫差。此外，距離熱源越遠，熱源與NTC安裝位置的溫差越大。在設計溫度檢測電路時需要考慮到這些現象。
元件選擇步驟
想要進行溫度監測使LED表面溫度不超過90℃時：
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
