Modelele SPICE sunt disponibile pentru componente active de zeci de ani – dar nu și pentru componente pasive. Pentru un circuit cu senzor de temperatură bazat pe o rezistor RTD, Vishay oferă un model SPICE precis, care permite o simulare mult mai exactă față de modelele generice.
Figura 1
Odată cu avansul aplicațiilor IoT, al electro-mobilității și al automatizării industriale în creștere, simularea precisă a componentelor pasive, precum senzorii de temperatură, devine foarte importantă. Probleme mecatronice complexe necesită software puternic pentru a implementa calcule dificile și modele de simulare eficiente pentru componente electronice. Deoarece aproape că nu există modele realiste disponibile pentru componente pasive, sunt utilizate adesea modele generice. Asemenea simulări oferă rezultate calitativ corecte, doar că exactitatea lor este limitată.
Cu toate acestea, pentru un circuit cu senzor de temperatură bazat pe o rezistență RTD, Vishay oferă un model SPICE precis care permite o simulare mult mai exactă, față de modelele generice.
Partea activă a circuitului de măsurare constă dintr-un amplificator operațional LTC2063, care a fost lansat pe piață de Analog Devices în 2017 și care este caracterizat de un consum de curent extrem de redus, de numai 2µA.
Dacă această configurație este utilizată pentru măsurarea temperaturii, schema circuitului poate fi descrisă după cum se observă în figura 1.
Figura 2
Un senzor SMD din platină (PTS1206) de la Vishay, cu precizie de clasă 1B, este utilizat ca semnal de intrare pentru măsurarea temperaturii. Acest tip de senzor liniar de temperatură a devenit tot mai popular în industria auto, de când și-a obținut calificarea de conformitate la standardul AEC-Q200, oferind o bună alternativă la uzualele NTC-uri SMD (NTC – thermistor – Negative Temperature Coefficient; PTC – thermistor – Positive Temperature Coefficient) pentru aplicații care necesită stabilitate ridicată și valori mari de temperatură. Un avantaj cheie al PTS față de NTC este liniaritatea caracteristicii electrice. Cu toate că NTC-urile sunt mult mai sensibile decât RTD-urile, ele nu sunt suficient de liniare pe întreg domeniul de temperatură de la -40°C la +85°C, chiar și după liniarizare.
Analog Devices oferă desigur un model LTspice pentru acest circuit, care este disponibil pentru a fi descărcat [1]. În acest model, senzorul PTS este reprezentat de o rezistență variabilă ( figura 2).
Inginerii care sunt familiarizați cu simulările vor observa un detaliu particular ale acestui model: deși acesta este un circuit de măsurare a temperaturii cu o precizie globală specificata de ±1°C, temperatura variabilă (temperatura ambientală globală) nu apare nicăieri – nici în directivele SPICE, nici în definiția PTS.
Pentru a îi salva pe utilizatorii LTC2063 de necesitatea cercetării datelor tehnice ale PTS, Vishay a inclus explicit modelul SPICE pentru variație continuă de temperatură (baleiere DC) (figura 2).
Figura 3a
Acest model extins permite următoarele funcții:
- Reglarea / trecerea prin valorile de temperatură
- Vizualizarea influenței toleranțelor TK ale PTS
- Reglarea fină / determinarea rezistenței de reacție
- Testarea circuitului cu toleranțele Monte Carlo ale tuturor componentelor pasive (rezistențe fixe, PTS)
- Calcularea preciziei efective a tensiunii de ieșire a LTC2063 ca măsură a temperaturii în °C (figura 3)
Figura 3b
Figura 3 (a și b) prezintă faptul că circuitul în sine, inclusiv toate toleranțele componentelor, are o caracteristică liniară de temperatură (figura 3a) cu o precizie totală în cea mai mare parte ±1°C (figura 3b) – ceea ce trebuie dovedit.
Analiza se poate face mai în profunzime, cum ar fi cu o schimbare dinamică de temperatură pentru senzorul PTS. Totuși, acest lucru ar necesita un model SPICE diferit pentru senzor. Acesta ar putea fi utilizat pentru a demonstra un efect important: răspunsul senzorului în timp. Dacă senzorul se dovedește prea lent pentru aplicația planificată, a bună alternativă se poate dovedi un senzor mai mic – precum în format 0805, 0603 sau chiar mai mic.
Exemplul arată că modelul SPICE oferit de producătorul senzorului completează remarcabil de bine modelul pentru IC. El arată, de asemenea, că există numeroase posibilități de dezvoltare în domeniul simulării senzorilor de temperatură. Simularea descrisă în acest articol poate fi de asemenea găsită în referința [2].
Autori:
José Angel Iglesias Mazuelos, Product Manager Resistors la Rutronik și
Alain Stas, Product Marketing Engineer pentru Nonlinear Resistors la Vishay
Bibliografie:
[1] www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
[2] www.vishay.com/videos/resistors/hands-on-electronic-simulation-of-an-optimized-linear-output-temperature-sensing-circuit.html
[3] www.analog.com/en/products/ltc2063.html
[4] www.vishay.com/docs/28899/ptsat.pdf
Rutronik | https://www.rutronik.com
