温度传感选择，传统NTC与线性PTC

电子发烧友网报道（文/李宁远）温度传感器是每个电子系统里最基本的组成部分，在保证系统能以最高性能运行的同时为设备提供保护。市面上的温度传感器多种多样，热敏电阻、热电偶和电阻温感等等，每种温度传感都有各自的优缺点。
 
热敏电阻作为各种热敏温度传感器实现功能的基础，作为一种离散的双端固态器件，其阻值随温度变化，其实不仅在温度传感器中，在其他各类电子产品应用中也十分常见。根据随着温度变化阻值变化的不同热敏电阻中有两类不同的电阻，负温度系数的NTC热敏电阻和正温度系数PTC热敏电阻。
 
微小温差里NTC的高灵敏度检测
 
作为已经被应用了几十年的器件，NTC热敏电阻几乎已经成为温度传感里默认选择的部件。相对于一些金属类温感材料，一来NTC的成本不高，二来加工也并不繁琐。最重要的是NTC在响应速度与精度很有优势。

从NTC的电阻与温度（R-T）特性曲线上可以很明显地看出，它对于温度高度敏感。NTC的NTC热敏电阻的电阻温度系数在每1℃降低3至5%左右，相比于其他金属电阻值每1℃只有几个百分点变化，可以看出NTC热敏电阻即使温度变化很小也表现出很大的电阻变化。在需要检测微小温度变化的应用里，NTC热敏电阻比其他类型材料更适合检测温差的细微变化，而且灵敏度足够。
 

 
（图源：风华高科）

 
那NTC的响应速度有多快呢？NTC的响应时间定义为达到一个新温度所需的时间，是一个和质量相关的函数。这和NTC传感器的具体类型相关，越小的设计响应速度一般会越快。另外，分离式设计的响应速度比外壳完全封装的设计要快。从传感器层面来说，NTC热敏电阻传感器普遍的响应时间可以达到15秒甚至10秒以下，而NTC芯片层面的响应时间仅为1秒。
 
一般来说，NTC的具体选择取决于可用空间、最大温度和装配方法，很少有单一适配某种应用的标准类NTC。举现在一个很常见的例子，锂电池保护里NTC的应用是不少的，而且NTC在其中非常重要。对于锂电池这种应用是没有行业标准NTC的，都是根据可用空间、最大温度和装配方法来选择合适的NTC。绝缘铅环氧树脂涂层分离式热敏电阻、SMD热敏电阻和DO35玻璃轴热敏电阻的身影都在锂电池应用里出现过。
 
在IGBT模块和IPM模块中，片式可嵌入NTC热敏电阻现在很受欢迎，可以通过烧结焊连接嵌入到电源模块中，元件与模块间的热耦合会更稳定，响应速度也会更快。对于在高精度之外还要求快响应速度的温度测量，这种NTC是种不错的方案。
 
不过因为NTC并不是线性电阻，测温之前一定要做线性处理，并保证在合适的温度范围内测量，否则结果会相去甚远。
 
更高精度更可靠的线性PTC
 
非线性的PTC热敏电阻通常用于限流应用，因为在特定温度下其电阻会快速增加。在PTC类别下，还有一类由硅制成的线性热敏电阻，通常被称为硅热敏电阻或KTY器件。不同于非线性的PTC热电阻，这类线性PTC热敏电阻有极高的线性度，表现出了很高的性能。
 
PTC线性热敏电阻由于其材料组成和一致的电阻敏性具有更稳定的电阻容差。与±1% NTC热敏电阻相比，一些±1%PTC线性热敏电阻在－40℃和150℃时最大电阻可达±1.5%。这与NTC热敏电阻在极端温度下的±4%的公差相比是一个很大的不同。
 

 
（汽车温度传感KTY器件，NXP）

 
上面我们说到，NTC要保证在合适的温度范围内测量，因为其非线性，NTC的灵敏度会在超过额温后急速下降，PTC线性热敏电阻在这方面则好得多，它的一致性更强。而且随着温度的升高，NTC材料电阻升高，不可能不增加功耗，散热量的增加会导致自加热，PTC线性热敏电阻在自加热上受益于材料特性也会小很多。
 
说到了PTC线性热敏电阻的高精度、可靠性、稳定性以及高度线性特性，其实它的应用远没有NTC那么广泛。相比于低成本的NCT，PTC线性热敏电阻的价格偏高，其应用范围主要瞄准的是高端工业领域和汽车领域。各个做KTY温度传感的公司都在尽可能缩小KTY器件的封装和成本，这样才能适配更多的应用。
 
小结
 
NTC与线性PTC，一个用准确低成本地测温满足了大范围的应用和市场需求，一个依靠超高的精度、可靠性、稳定性在工业、汽车领域发挥着不可替代的作用。根据应用综合地考量测量要求与成本，选择合适的温度传感是保证系统正常运行的最好办法。