探索ISOTMP35：高精度隔离温度传感器的卓越性能与应用

在电子设计领域，温度传感器是至关重要的组件，广泛应用于各种需要精确温度测量的场景。今天，我们将深入探讨一款具有创新性的隔离温度传感器——ISOTMP35，它为工程师们带来了新的设计思路和解决方案。

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1. 产品概述

ISOTMP35是业界首款集成隔离屏障的温度传感器IC，它将高达3000V RMS的耐压隔离屏障与模拟温度传感器相结合，可在 -40°C至150°C的宽温度范围内提供10mV/°C的斜率输出。这种集成设计使得传感器能够与高压热源（如HV FET、IGBT或HV接触器）共置，而无需昂贵的隔离电路，同时还能提供更高的精度和更快的热响应。

2. 产品特性

2.1 强大的集成隔离屏障

• 耐压能力：能够承受3000V RMS的隔离电压，隔离工作电压为500V RMS，隔离屏障寿命超过50年。
• 安全认证：计划获得UL 1577标准的3kV RMS隔离1分钟认证，确保在安全关键应用中的可靠性。

2.2 高精度温度测量

• 典型精度：在25°C时典型精度为±0.5°C，在0°C至70°C范围内最大精度为±1.2°C，在 -40°C至150°C范围内最大精度为±2.5°C。
• 正斜率增益：传感器增益为10mV/°C，在0°C时具有500mV的偏移。

2.3 快速热响应

热响应时间小于2秒，能够快速准确地反映温度变化。

2.4 低功耗与保护设计

• 低功耗：典型功耗仅为9µA，适合电池供电等低功耗应用。
• 短路保护：输出具有短路保护功能，提高了系统的可靠性。

2.5 封装形式

采用DFQ（SOIC - 7）封装，便于安装和集成。

3. 应用领域

ISOTMP35的特性使其适用于多种高压温度传感应用，包括但不限于：

• 充电设施：AC充电（桩）站、DC快速充电站。
• 电源系统：48V输出的机架和服务器PSU、12V输出的服务器PSU、商用DC/DC、商用电信整流器、电池备份单元、商用DIN导轨电源、AC/DC适配器PSU等。

4. 技术细节

4.1 引脚配置与功能

PIN	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	VDD	P	电源电压
2	NC	-	无连接
3	GND	G	接地
4	VOUT	O	与温度成比例的输出电压
5	TSENSE	-	连接到高压热源的温度引脚
6	TSENSE	-	连接到高压热源的温度引脚
7	TSENSE	-	连接到高压热源的温度引脚

4.2 规格参数

4.2.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
电源电压（VDD）	-0.3	6	V
输出电压（VOUT）	-0.3	VDD + 0.3	V
输出电流（VOUT）	-30	30	mA
工作结温（TJ）	-60	155	°C
存储温度（Tstg）	-65	155	°C

4.2.2 ESD额定值

• 人体模型（HBM）：±2500V
• 带电设备模型（CDM）：±1000V

4.2.3 推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压（VDD）	2.3	-	5.5	V
工作环境温度（TA）	-40	-	150	°C

4.2.4 热信息

热指标	值	单位
结到环境热阻（RθJA）	116.4	°C/W
结到外壳（顶部）热阻（RθJC(top)）	62.5	°C/W
结到外壳（底部）热阻（RθJC(bot)）	38.8	°C/W
结到电路板热阻（RθJB）	41.9	°C/W
结到顶部特性参数（ψJT）	38.3	°C/W
结到电路板特性参数（ψJB）	N/A	°C/W
热质量（MT）	51.0	mJ/°C

4.2.5 绝缘规格

参数	测试条件	值	单位
外部间隙（CLR）	空气中最短端子到端子距离	>4	mm
外部爬电距离（CPG）	封装表面最短端子到端子距离	>4	mm
绝缘距离（DTI）	最小内部间隙（内部间隙）	>17	µm
相比漏电起痕指数（CTI）	DIN EN 60112; IEC 60112	>400	V
材料组	-	II	-
过电压类别	额定电源电压 ≤ 300V RMS	I - III	-
最大重复峰值隔离电压（VIORM）	AC电压	707	VPK
最大额定隔离工作电压（VIOWM）	AC电压（正弦波）	500	VRMS
	DC电压	707	VDC
最大瞬态隔离电压（VIOTM）	VTEST = VIOTM, t = 60s（资格测试）, VTEST = 1.2 × VIOTM, t = 1s（100%生产测试）	4250	VPK
最大脉冲电压（VIMP）	空气中测试，1.2/50 - μs波形，IEC 62368 - 1	5000	VPK
最大浪涌隔离电压（VIOSM）	油中测试（资格测试），1.2/50 - μs波形，IEC 62368 - 1	6500	VPK
视在电荷（qpd）	多种测试方法	≤ 5	pC
屏障电容，输入到输出（CIO）	VIO = 0.1VPP at 100kHz	1.4	pF
绝缘电阻，输入到输出（RIO）	VIO = 500V at TA = 25°C	>10^12	Ω
	VIO = 500V at 100°C ≤ TA ≤ 125°C	>10^11	Ω
	VIO = 500V at TA = 150°C	>10^9	Ω
污染等级	-	2	-
气候类别	-	55/125/21	-
耐压隔离电压（VISO）	VTEST = VISO, t = 60s（资格）; VTEST = 1.2 × VISO, t = 1s（100%生产）	3000	VRMS

4.2.6 功率额定值

在 (V{S}=5.5V)，(V{REF}=GND)，(T{A}=125^{circ}C)，(T{J}=150^{circ}C)，器件焊接在器件评估板上的条件下，最大功耗（PD2）为94μW。

4.2.7 安全相关认证

UL 1577组件认可计划，认证依据为IEC 62368 - 1 CB，文件编号和证书编号待定。

4.2.8 安全限制值

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
安全输入、输出或电源电流（IS）	RθJA = 116.4°C/W, VI = 5V, TJ = 150°C, TA = 25°C	-	-	0.22	A
安全输入、输出或总功率（PS）	RθJA = 116.4°C/W, TJ = 150°C, TA = 25°C	-	-	1.1	W
安全温度（TS）	-	-	-	150	°C

4.2.9 电气特性

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
温度精度（TERR）	0°C至70°C	-	±0.5	±1.2	°C
温度精度（TERR）	-40°C至150°C	-2.5	±0.5	2.5	°C
DC电源抑制比（PSR）	-	-0.1	0.02	0.1	°C/V
温度灵敏度（TSENS）	TA = -40°C至150°C	-	10.00	-	mV/°C
长期漂移（TLTD）	150°C，5.5V下300小时	-	0.05	-	°C
输出电压（VOUT）	TA = 0°C	-	500	-	mV
输出电压（VOUT）	TA = 25°C	-	750	-	mV
非线性（NL）	TA = -40°C至150°C	-	0.5	-	°C
定向响应时间（tRESP_D）	2层62 - mil刚性PCB 2oz.铜，τ = 63%，TSENSE = 25°C至75°C，引脚1至4 = 25°C	-	1600	-	ms
响应时间（搅拌液体）（tRESP_L）	0.5in x 0.5in，2层62 - mil PCB，τ = 63%，25°C至150°C	-	1600	-	ms
输出阻抗（ZOUT）	ILOAD = 100μA, f = 100Hz	-	-	20	Ω
输出阻抗（ZOUT）	ILOAD = 100μA, f = 500Hz	-	-	50	Ω
输出电流（IOUT）	-	-	-	500	μA
共模瞬态抗扰度（CMTI）	VCM = 500V, ΔVOUT < 200mV, 2μs, CLOAD = 1nF, RLOAD = 5kΩ	-	-	50	kV/μs
负载调节（LR）	ILOAD = 0 μA至500 μA	-	-	6	mV
最大电容负载（CL）	-	-	-	1	nF
工作电流（IDD）	VDD = 3.3V, TA = 25°C	-	10	12	μA
工作电流（IDD）	TA = -40°C至150°C	-	-	17	μA

4.3 典型特性

文档中给出了多个典型特性曲线，如精度与温度的关系、输出电压与环境温度的关系、负载对精度的影响、电源电流与温度的关系等。这些曲线有助于工程师在不同的工作条件下更好地理解和使用ISOTMP35。

5. 应用与实现

5.1 输出电压线性度

ISOTMP35在 -40°C至100°C范围内输出电压线性度为10mV/°C，在温度高于100°C时会有小的增益偏移。可以使用分段线性函数来计算输出电压和环境温度，具体公式如下： [V{OUT }=left(T{A}-T{INFL }right) × T{C}+V{OFFSET }] 其中，(V{OUT }) 是给定温度 (T{A}) 下的电压输出，(T{INFL }) 是分段温度拐点，(T{C}) 是温度系数或增益，(V{OFFSET }) 是电压偏移。

5.2 负载调节

负载调节指的是ISOTMP35的模拟输出电压随输出负载电流变化的情况。在与ADC配合使用时，了解负载调节特性有助于准确测量温度。可以通过在模拟输出端添加RC滤波器来减轻负载变化对输出电压的影响。

5.3 启动建立时间

ISOTMP35可以支持阶跃输入电源或斜坡电源。对于阶跃 (V{DD}) 输入，启动时间约为1ms；对于斜坡 (V{DD}) 输入，斜坡速率为5V/ms时，启动时间约为1.25ms。

5.4 热响应

7引脚SOIC封装设计旨在最大程度地提高热流，减少从TSENSE引脚到温度传感器的热响应时间，同时提供3kV RMS的隔离额定值（UL1577）。

5.5 外部缓冲

当输出电容较高或传感器与ADC之间的走线较长时，可以添加外部缓冲器来确保信号传输的稳定性。

5.6 ADC选择与精度影响

在将ISOTMP35的模拟输出连接到ADC时，需要注意以下几点：

• RC滤波器：在输出端使用RC滤波器可以减轻ADC采样时对ISOTMP35输出电压的影响。
• 最大负载电容：ISOTMP35的最大负载电容为1000pF，因此模拟输出端的总电容（包括ADC输入电容）不能超过该值。
• ADC分辨率：根据应用需求选择合适分辨率的ADC，以确保能够准确测量温度。

5.7 实现指南

• 电压间隙：线路上的电压间隙必须得到保证。
• PCB设计：ISOTMP35至少需要两层PCB。对于4层PCB，建议采用标准层堆叠方法，信号走线可以在顶层或底层，内层为实心接地和电源平面。

5.8 PSRR

如果电源线上存在高频噪声（>100kHz），可以使用1uF旁路电容来提供额外的滤波。增加旁路电容或选择在频率范围内ESR较低的电容可以提高PSRR性能。

6. 总结

ISOTMP35作为一款具有创新性的隔离温度传感器，凭借其强大的集成隔离屏障、高精度的温度测量、快速的热响应和低功耗等特性，为高压温度传感应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择ADC、设计PCB布局，并注意电源滤波等问题，以充分发挥ISOTMP35的性能优势。你在使用类似温度传感器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。