2DW234热阻测量及恒温使用探讨

archwang · 发表于 2015-6-21 22:59:40

在确定的电流下，PN结的正向电压与温度成近似线性关系。据此能够实时测量管芯的温度。实验电路很简单，就不上图了。两个独立的供电回路：一个是1.5mA恒流源，对2DW234中的某个PN结正向偏置；另一个可调电流，反向偏置另一个PN结。
实验过程分两步：第一步测量PN结正向电压的温度系数。将器件置于恒温油浴中，只接通前一回路，忽略管耗（1mW左右），改变温度读取正向电压，关系如图1所示：

第二步测量热阻：将器件取出，置于通常使用条件下（直立安装，自然散热，环境温度26.0摄氏度），接通两个回路，改变第二回路电流，根据一回路PN结正向电压及上图关系算得管芯温度，根据两个回路的I-V算得总管耗，关系如图2所示：

可见，2DW234的热阻为0.272K/mW，小于0.625K/mW的文献值。
此外，第一部分实验的原理或可以用于加温的反馈控制。我按照LTZ1000的典型电路实验过（加热电阻直接粘在管壳下），可能是因为热阻太高，热振荡未能完全消除，表现为加热电阻的电压出现0.3%左右的循环跳变，在此向大家请教改进方法，谢谢！

unknown-x · 发表于 2015-6-21 23:10:35

本帖最后由 unknown-x 于 2015-6-21 23:12 编辑

挺有意思的啊！这样测温非常准确了。
跳动快的话，把控制回路的时间常数搞大一点，模电的话就是把带宽搞低一点，或者增益搞低一点。

官修2 · 发表于 2015-6-22 06:36:58

高手，学习了，

longshort · 发表于 2015-6-22 06:59:48

关于热振荡的产生，主要原因在于加热源与管芯的距离太大，造成热时间常数达亚秒至秒的数量级，而LTZ1000内部的这个延迟在微秒至百微秒数量级，这您可以在LTZ1000的温度控制部分的负反馈回路中加一个延迟来验证。

我的经验是利用热振荡作为开关式控温使用，即利用加热源与管芯之间的足够距离来过滤波动，但这种方法仅适用于热沉与管壳直接接触的情况，加热源与加热目标在非集成的情况下很难直接利用简单负反馈进行线性控制。

LDEDA · 发表于 2016-12-7 20:34:01

一个PN结用来加热恒温，并兼做温度测量，另一个PN结用来做基准输出，也是可以的，只是控制电路比LTZ1000要复杂多了，还要用到双电源，但是效果应该比从外部加热恒温效果要好得多。

youngliu · 发表于 2016-12-8 14:28:13

本帖最后由 youngliu 于 2016-12-8 15:08 编辑

LDEDA 发表于 2016-12-7 20:34
一个PN结用来加热恒温，并兼做温度测量，另一个PN结用来做基准输出，也是可以的，只是控制电路比LTZ1000要 ...

你这个想法基本无法实现，因为正偏的那个zener压降只有零点几伏，加热电流也不能大幅度变化，变化了之后也影响与另一反偏zener的补偿效果（恒温效果本就不佳，补偿效果再没有，这个方法的实用性就要大打折扣。

LDEDA · 发表于 2016-12-8 20:42:57

youngliu 发表于 2016-12-8 14:28
你这个想法基本无法实现，因为正偏的那个zener压降只有零点几伏，加热电流也不能大幅度变化，变化了之后 ...

未必，如果如下图那样，

2DW232X2

D1和D2是一个2DW23x，D4和D3是另一个，+10V和BAT1是两组隔离的电源，
D1和D3组成主基准输出，D4和D2组成副基准，副基准实际是控制D4和D2的电流起到恒温的作用。
两个2DW23x的温度分别由D2和D3检出。
D2和D4电流的改变不会影响主基准输出。
缺点也很明显：不能保证2个2DW23x的温度是一样的，2个2DW23x需要筛选，
并尽可能的密封在一起以避免受外界干扰导致其中一个的变换比另一个大。
控制电路也比较复杂。

a-fly · 发表于 2016-12-8 22:34:20

只要有明显变化的电流通过引脚，就会产生额外的误差，而这部分误差是很难消除的。
只是一个好的想法，若厂家支持，改变一下版图，那就容易了。

LDEDA · 发表于 2016-12-9 00:10:12

a-fly 发表于 2016-12-8 22:34
只要有明显变化的电流通过引脚，就会产生额外的误差，而这部分误差是很难消除的。
只是一个好的想法，若厂 ...

D2和D4电流的改变并不会影响主基准输出，也不会对主基准产生额外的误差。最大的问题在于D2和D4所贡献的发热量相差比较大，恒温同步性比较有限。
不过这也还只是初步的想法，或许还有更好的办法。

longshort · 发表于 2016-12-9 06:52:15

LDEDA 发表于 2016-12-9 00:10
D2和D4电流的改变并不会影响主基准输出，也不会对主基准产生额外的误差。最大的问题在于D2和D4所贡献的发 ...

D2和D4需要一个悬浮电源，这是一。
D3检出温度变化时调节D2-D4支路电流，仅能调整右边2DW23x的结温，而D2因是正向导电，功耗所占比例太小，对左边2DW23x的温度调节难以贡献，这是二。
2DW23x的封装热阻较大，通过封装交换两边的热量使之平衡非常困难，如果两组对管都在一个芯片上制出，那就好办了，不过这也就不需要这种方案了，集成一个加热电阻可能更方便，这是三。
复杂性暂且不论，能够及时调整结温，是芯片恒温的核心重点。

LDEDA · 发表于 2016-12-9 11:05:14

那只有非接触式直接加热单2DW23x的方法了，温度从正偏结测出。这样加热源与加热目标等效于集成式，但因为是非接触式，加热源效率比LTZ1000那样的低得多，而且制作也复杂多了，好在成本还是很低的，可以尝试。

LDEDA · 发表于 2016-12-9 14:46:43

a-fly 发表于 2016-12-8 22:34
只要有明显变化的电流通过引脚，就会产生额外的误差，而这部分误差是很难消除的。
只是一个好的想法，若厂 ...

你的这个帖子”温漂不亚于LTZ1000的2.5V基准“，思路真是太妙了，有种神来之笔的感觉。我非常赞同这种做法，用LTZ1000几分之一的成本实现仅次于LTZ1000的性能，如果这个方法能用于LTC6655和MAX6350就好了。不知道这个方法你的最终结论是如何？几年过去了，帖子没见到更新。

LDEDA · 发表于 2016-12-11 16:32:21

买了些上无17厂的2DW23x，发现都是共阴极的，原来设想用MCP3421直接测低端正偏压的计划泡汤。请教各位有没有类似的，便宜的，简单的差分方案？尽量不用+-双电源，尽量单ADC芯片(16bit以上)，实在不行再考虑差分放大。

archwang · 发表于 2016-12-11 18:04:07

LDEDA 发表于 2016-12-11 16:32
买了些上无17厂的2DW23x，发现都是共阴极的，原来设想用MCP3421直接测低端正偏压的计划泡汤。请教各位有没 ...

我的解决方案是用INA移动电平。
实际效果还可以，毕竟二极管的温度系数相对于INA的噪声和漂移还是很大的。
如果是模拟方法，那就干脆直接比较Utotal和Uzener。Uzener肯定是负温度系数，只要设定电流使得Utotal在正温度系数区间就可以了。

LDEDA · 发表于 2016-12-11 18:47:20

archwang 发表于 2016-12-11 18:04
我的解决方案是用INA移动电平。
实际效果还可以，毕竟二极管的温度系数相对于INA的噪声和漂移还是很大的 ...

差分方式移动电平主要是担心对基准输出产生影响，我打算用PID控温，这样控制灵活性比模拟式大得多，之前做过温控的，对这种方式比较有信心。

archwang · 发表于 2016-12-11 18:50:38

LDEDA 发表于 2016-12-11 18:47
差分方式移动电平主要是担心对基准输出产生影响，我打算用PID控温，这样控制灵活性比模拟式大得多，之前 ...

原理上，INA的输入都是在Gohm/pF的量级，不太会有严重的影响。
只是如果要省去负电源，需要选摆幅/REF可以到地的INA，比如AD623/6226之类

a-fly · 发表于 2016-12-12 17:28:06

本帖最后由 a-fly 于 2016-12-12 17:29 编辑

LDEDA 发表于 2016-12-9 14:46
你的这个帖子”温漂不亚于LTZ1000的2.5V基准“，思路真是太妙了，有种神来之笔的感觉。我非常赞同这种做 ...

这个方案需要几个条件：
1.芯片要有温度监控引脚；
2.负载调整率要好，虽然这个可以补偿，但负载调整率太差的话，其不确定性以及一致性就会难以控制；
3.如果第2条难以满足，可以考虑恒定输出负载，改以调整输入电压的方式来改变芯片的功耗，但同样的，这需要芯片有较好的电压调整率。

那个想法也就仅是一个验证而已，可以给其他设计提供一些思路，但在这可基准上，实用价值并不大（REF2025本身的噪声和老化性能并不好）。
实际测试的温漂确实小，基本测不出来。

你如果有兴趣，我可以给你几片已经焊好的板子，扔在那边确实很长时间了。

a-fly · 发表于 2016-12-12 17:35:22

LDEDA 发表于 2016-12-8 20:42
未必，如果如下图那样，

D1和D2是一个2DW23x，D4和D3是另一个，+10V和BAT1是两组隔离的电源，

变化的电流当然会影响基准电压：
其实D1D2与D3D4之间的连线电阻是不可以忽略的，其内部的引线电阻也不是可以忽略的。

LDEDA · 发表于 2016-12-12 18:19:09

本帖最后由 LDEDA 于 2016-12-12 18:25 编辑

a-fly 发表于 2016-12-12 17:28
这个方案需要几个条件：
1.芯片要有温度监控引脚；
2.负载调整率要好，虽然这个可以补偿，但负载调 ...

关于这个方案，我和你的出发点可能相差太大了。我的目的是检测出芯片温度，然后把芯片温度恒定在很小的一个范围，你的调整方法是最简单有效的，相比外部恒温的方法来说。总结一句就是但求恒温，不求超越。LTC6655我有把握可以用简单的方法测出芯片内部的温度，就是负载调整率等等这些要差了不少，比较可惜。等我把2DW23x的弄完了再来弄LTC6655。纠正一下:是Line Regulation差了好多。

LDEDA · 发表于 2016-12-12 20:04:29

简单测试了一下加热源，80%加热源功率下，正偏从727mV以约1mV/秒的速度下降，并趋缓，到700mV时已经降到约0.3mV/秒。效果还行，准备进行下一步。

simon51 · 发表于 2016-12-13 15:59:08

大家可以到这里去讨论一下：
http://www.eevblog.com/forum/met ... w232-2dw233-2dw23x/
这是lymex老大在EEVBLOG发的帖子，并免费把2DW232发到了世界各地的基准爱好者手中，他们也在做测试，里面有很多点子和想法

LDEDA · 发表于 2017-1-5 22:25:14

archwang 发表于 2016-12-11 18:04
我的解决方案是用INA移动电平。
实际效果还可以，毕竟二极管的温度系数相对于INA的噪声和漂移还是很大的 ...

绕了好大一个圈子，最终还是回到了你的这个方案。现在有个问题，测了下手上4个2DW234，当前20多度室温下，电流10或12ma，只要一加热，Utotal就哗啦啦的往下掉，也就是说实际上还没额外加热就已经处于或过了0温度点，处于负温度系数区了，4个全部这样，另有4个2DW232则有2个处于0温度点之前，电流是12ma，一加热Utotal就上升。我想知道怎么让2DW234的0温度点抬高？增大电流？还是只能挑选？

longshort · 发表于 2017-1-6 06:21:07

LDEDA 发表于 2017-1-5 22:25
绕了好大一个圈子，最终还是回到了你的这个方案。现在有个问题，测了下手上4个2DW234，当前20多度室温下 ...

2DW234的标称工作电流是15mA，离散范围从大约13mA到20mA，因此特定工作电流下的测试至少做两到三次：13mA，16mA，19mA。

如果19mA结果已经将峰推高到60摄氏度以上，那么在13mA和16mA结果中进一步选择合适的工作电流，前提是先设定工作温度，例如50摄氏度或者55摄氏度。

个人建议还是使用工作电流最小的2DW232，自热不至于超过可控制的范围。

LDEDA · 发表于 2017-1-6 09:13:32

longshort 发表于 2017-1-6 06:21
2DW234的标称工作电流是15mA，离散范围从大约13mA到20mA，因此特定工作电流下的测试至少做两到三次：13mA ...

把其中一个2DW234的电流增大到17.6ma，0温度点果然上升了，至少加热前还没越过最高点，加热后Utotal小幅上升并保持了一小段温度跨度。谢谢指点。

longshort · 发表于 2017-1-6 11:05:20

LDEDA 发表于 2017-1-6 09:13
把其中一个2DW234的电流增大到17.6ma，0温度点果然上升了，至少加热前还没越过最高点，加热后Utotal小幅 ...

这时候2DW234的功耗大约110mW，按楼主的结果0.272K/mW算，结的温升达到30摄氏度上下，若机内环境为40摄氏度，结果结温将在70摄氏度上下，恒温点的设计值将会比较高。

LDEDA · 发表于 2017-1-6 11:17:51

longshort 发表于 2017-1-6 11:05
这时候2DW234的功耗大约110mW，按楼主的结果0.272K/mW算，结的温升达到30摄氏度上下，若机内环境为40摄氏 ...

嗯，明白，不过现在只是验证阶段，迟些时候用2DW232或2DW233试试，那样电流可以小些，但是我这个加热源和2DW23x是一体的，制作比较麻烦，相当费时间，好处是体积小，成本低。

JackFrost · 发表于 2017-1-6 11:31:01

一直关注论坛上钻石2DW23X的帖子，听长短老师的建议选了2DW232，刚在LYMEX老师帖子里贴的那家淘宝店里买了几十个回来玩下

longshort · 发表于 2017-1-6 11:32:01

LDEDA 发表于 2017-1-6 11:17
嗯，明白，不过现在只是验证阶段，迟些时候用2DW232或2DW233试试，那样电流可以小些，但是我这个加热源和 ...

加热源和2DW是一体的？加热源用的是PTC么？

longshort · 发表于 2017-1-6 11:36:52

忽然想起医院里做超声波检查时涂的传导硅油，淘宝上搜索了下很多，各种粘度可选，耐温都可达到200度以上，用来做油浴恒温不错，待有时间了来试试。

LDEDA · 发表于 2017-1-6 11:53:16

longshort 发表于 2017-1-6 11:36
忽然想起医院里做超声波检查时涂的传导硅油，淘宝上搜索了下很多，各种粘度可选，耐温都可达到200度以上， ...

异曲同工，不过还是有很多顾虑，比如绝缘，老化等等因素，但是现在是验证阶段，先把恒温做出来以后再去考虑那些。完成了会把详细方法在这里贴出来。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册