汽车级温度传感器LM50-Q1与LM50HV-Q1：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，温度传感器是不可或缺的重要组件，特别是在汽车等对可靠性和精度要求极高的领域。今天我要给大家介绍两款德州仪器（TI）推出的汽车级模拟温度传感器：LM50-Q1和LM50HV-Q1。这两款传感器在温度测量方面有着出色的表现，下面我们就来详细了解一下。

文件下载：lm50-q1.pdf

一、产品概述

LM50-Q1和LM50HV-Q1是经过AEC-Q100认证的汽车级模拟温度传感器，能够分别测量高达125°C（LM50-Q1）和150°C（LM50HV-Q1）的温度。它们采用单正电源供电，输出电压与温度呈线性比例关系，斜率为10mV/°C，在0°C时具有500mV的直流偏移，这使得在单电源供电的情况下也能读取负温度。

特性亮点

1. 汽车级认证：符合AEC-Q100标准，适用于汽车应用，其中LM50-Q1为Grade-1（-40°C至+125°C），LM50HV-Q1为Grade-0（-40°C至+150°C）。
2. 功能安全能力：提供相关文档，有助于系统设计，满足安全关键应用的需求。
3. 行业标准增益/偏移：10mV/°C的传感器增益和500mV的0°C偏移，简化了与汽车ADC的接口。
4. 宽电源范围：LM50HV-Q1的电源范围为3V至36V，适用于无LDO的应用；LM50-Q1的工作电源范围为4.5V至10V。
5. 高精度：在不同温度范围内具有不同的精度，如LM50HV-Q1在20°C至70°C范围内的最大精度为±2°C。
6. 低静态电流：LM50HV-Q1的典型静态电流为52μA，LM50-Q1的典型静态电流为95μA。
7. 标准封装：采用标准的SOT-23-3封装，便于安装和布局。

二、产品对比

为了更好地了解LM50-Q1和LM50HV-Q1的优势，我们将它们与其他类似产品进行对比。

特性	LM50HV-Q1	LM50-Q1	TMP235-Q1	TMP236-Q1	LM60-Q1	LMT86-Q1	LMT87-Q1	LM94022-Q1
传感器增益（mV/°C）	10	10	10	19.5	6.25	-10.9	-13.6	-5.5/-8.2 -10.9/-13.6
0°C偏移（mV）	500	500	500	400	424	2103	2637	1.034/1.57 2.1/2.63
温度范围（°C）	-40至150	-40至125	-40至150	-10至125	-40至125	-50至150	-50至150	-50至150
电源电压（V）	3至36	4.5至10	2.3至5.5	3.1至5.5	2.7至10	2.2至5.5	2.7至5.5	1.5/1.8/ 2.2/2.7至5.5
静态电流（typ）（μA）	52	95	9	10	82	5.4	5.4	5.4
汽车等级	Grade-0	Grade-1	Grade-0	Grade-1	Grade-1	Grade-0	Grade-0	Grade-0
功能安全能力	是	是	是	是	是	是	是	否

从对比中可以看出，LM50-Q1和LM50HV-Q1在温度范围、电源电压和功能安全能力等方面具有一定的优势，能够满足不同应用场景的需求。

三、引脚配置与功能

LM50-Q1和LM50HV-Q1采用3引脚的SOT-23封装，引脚配置如下：	引脚编号	引脚名称	类型	描述
1	+VS	电源	正电源引脚
2	VO	输出	温度传感器模拟输出
3	GND	接地	设备接地引脚，连接到电源负极

四、电气特性

绝对最大额定值

在使用这两款传感器时，需要注意其绝对最大额定值，以避免设备损坏。例如，LM50-Q1的电源电压范围为-0.2V至12V，LM50HV-Q1的电源电压范围为-0.2V至39.6V。

电气特性参数

包括温度精度、输出电压偏移、温度系数、输出阻抗等参数。例如，LM50-Q1在25°C时的温度精度为±3°C，输出电压偏移在0°C时为500mV，温度系数为9.7至10.3mV/°C。

五、典型应用

全量程摄氏温度传感器

LM50-Q1和LM50HV-Q1可以作为全量程摄氏温度传感器使用，其输出电压与温度呈线性关系，便于与其他电路集成。在设计时，需要考虑电源电压、输出阻抗、精度等参数。

设计要点

1. 电容旁路和负载：这两款传感器能够很好地处理电容负载，在一般情况下可以驱动高达1μF的电容负载。在噪声环境中，建议在+Vs和GND之间添加0.1μF的电容以旁路电源噪声电压，在VO和地之间添加电容以形成低通滤波器。
2. 避免启动电源毛刺：为了避免启动电源响应时出现毛刺，特别是在不使用旁路电容的情况下，需要根据不同的工作温度范围和电源斜坡率选择合适的负载电容。
3. LM50HV-Q1自热问题：LM50HV-Q1的温度精度会受到自热的影响，随着电源电压的增加，温度误差会增大。在设计时需要考虑热阻和功耗对温度误差的影响。

系统示例

1. 摄氏恒温器或风扇控制器：基于施密特触发电路，通过调整电阻值可以设置上下温度阈值，实现对环境温度的监测和控制。
2. 温度到数字转换器：通过ADC和电压参考将LM50-Q1/LM50HV-Q1的输出电压数字化，便于后续处理。
3. 电压到频率转换器：使用LM131将温度转换为频率，通过选择不同的电阻和电容值可以调整频率范围。

六、布局与热考虑

布局指南

LM50-Q1和LM50HV-Q1可以像其他集成电路温度传感器一样容易应用。可以将其粘贴或固定在表面上，以测量表面温度。为了提供良好的热导率，芯片背面直接连接到GND引脚。同时，需要注意保持设备和布线的绝缘和干燥，避免泄漏和腐蚀。

热考虑

不同条件下的热阻会影响传感器的温度测量精度。例如，LM50-Q1（旧芯片）在无散热片的静止空气中的热阻为291.9°C/W，在有小散热鳍片的移动空气中的热阻为180°C/W。

七、总结

LM50-Q1和LM50HV-Q1是两款性能出色的汽车级模拟温度传感器，具有高精度、宽电源范围、功能安全能力等优点。在设计应用时，需要根据具体需求选择合适的型号，并注意引脚配置、电气特性、布局和热考虑等方面的问题。希望本文能够对电子工程师在使用这两款传感器时有所帮助。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。