了解基准电压温度漂移

完美的基准电压源可产生不受任何外部因素影响的稳定电压。当然，实际基准电压源会受到许多外部因素引起的误差的影响。这些主要误差的一个原因是温度。无需小心，很容易在其工作温度范围之外操作基准电压源。本应用笔记描述了基准电压源如何响应温度变化，以及自发热如何导致基准电压源在其推荐温度范围之外工作。一旦理解了这些知识，就可以使用这些知识来避免犯这个设计错误。

如何在温度范围内指定基准电压源

温度系数（tempco）是定义基准电压源输出电压在给定温度下如何漂移的规格。图1显示了两个基准电压源如何随温度漂移。这些图取自三个典型单元。

图1.MAX6033和MAX6005等典型基准电压随温度漂移。

第一个图是MAX6033的数据，第二个图是MAX6005的数据。很明显，这些设备具有显着不同的形状特性。MAX6033A额定为7ppm （最大值）基准，MAX6005额定为100ppm （最大值）基准。这对设计的真正意义是什么？这当然并不意味着如果我们将零件的温度提高 1°C，我们将通过温度系数改变输出电压。要了解发生了什么，必须记住，Maxim使用“box”方法指定其串联基准电压源。这种方法便于比较整个基准电压源系列，是行业标准方法。

MAX6033A是盒式方法工作原理的一个很好的例子。该器件的额定基准电压为7ppm （最大值），温度范围为-40°C至+85°C。 还值得注意的是，MAX6033的额定温度范围为-40°C至+125°C，这就是为什么图1一直到+125°C的原因。 要计算其在指定温度范围内的准确度，只需将温度系数乘以器件的指定温度范围即可。MAX6033A的尺寸为7ppm/°C x 125°C = 875ppm。此值始终为正值和负数。因此，在器件的指定温度范围内，我们可以保证基准电压源的漂移小于初始值的±875ppm。如图2所示，其中SOT23封装器件的数据非常令人印象深刻。“盒子”的顶部和底部以最大漂移为界，左右以极端温度为界。

值得一提的是，任何基准电压源的初始值都定义为一组定义的条件下的输出电压范围：温度、输入电压、负载电流等。MAX6033A为±0.04%，MAX6005A为±1%。

图2.MAX6033的温度漂移

一个例子说明了为什么这是一个重要的练习。假设设计要求基准电压源在0°C至+70°C温度范围内漂移不超过±1100ppm。 MAX6033A很容易满足这一规格。然而，MAX6033B的温度系数为10ppm，导致漂移为1250ppm，因此该器件无法正常工作。

现在转到Maxim网站上的参数搜索，假设搜索找到MAX6025A电压基准，在-40°C至+85°C范围内额定为20ppm。 显然，该设备将无法工作，因为它会导致±2500ppm的漂移。然而，有一点至关重要需要注意：该器件在0°C至+70°C的温度下也配置为15ppm，从而产生±1050ppm。该器件的价格约为MAX6033A的一半，因此对于示例应用来说，它显然是更好的选择。

关于基准电压温度系数规格，还有一点非常重要。Tempco是在芯片温度下指定的，而不是在环境温度下指定的，这是许多其他器件规格的正常情况。

基准电压自发热和芯片温度计算

如上所述，指定温度系数时使用的温度范围是管芯温度。器件通常不会耗散太多功率，因此其管芯温度将非常接近环境温度。然而，有时设计可能需要基准电压源来消耗更多功率。这种“极端”设计可以使用MAX6043，这是特殊的，因为它的最大电源电压可以是40V。它可以提供至少10mA的电流。MAX6043的ABSMAX规格如下所示：

 

绝对最大额定值
输入到接地	-0.3V至+42V
OUTF， OUTS to GND	-0.3V 至 （V在+ 0.3V）
连续功耗 （TA = +70°C） 6 引脚 SOT23（+70°C 时降额 9.1mW/°C）	727毫瓦
OUT_Short电路持续时间	5秒
工作温度范围	-40°C 至 +125°C
储存温度范围	-65°C 至 +150°C
结温范围	-65°C 至 +150°C
引线温度（焊接，10s）	+300°C

 

这种 6 引脚 SOT23 封装的额定功耗为 727mW，但在高于 +70°C 时必须在 9.1mW/°C 时降额。 最高工作结温为+125°C，由工作温度范围表示。

根据这些规格，您可以确定设备的最高环境温度。芯片温度的计算公式为：

T一个= TJ* sΘJA× PDISS

哪里：

TJ是结温。

T一个是环境温度。

RΘJA是从结点到环境的热阻。

PDISS是功耗。

请注意，虽然没有具体显示R？JA，但它可以从1/降额因子计算出来。在这种情况下，即：

1/9.1mW/°C = 110°C/W。

考虑另一个示例，电源为40V，基准电压为2.5V，负载电流为10mA。这导致功耗为375mW。使用上述公式，最高环境温度为+84°C。 自加热温度为 +41°C。

因此，即使MAX6043基准的额定温度高达+125°C，在高负载下也只能使用+84°C。

结论

盒方法用于定义如何在温度范围内指定基准电压源。然后，了解此方法有助于为应用程序选择最佳组件。与许多规格不同，基准电压源的工作温度范围是芯片温度，而不是环境温度。一个例子展示了如何计算芯片温度，以及这如何导致特定基准电压源可实现的工作温度范围显著降低。

审核编辑：郭婷