La gestión térmica está ganando importancia como consecuencia de los estrictos requerimientos de miniaturización, consumo de energÃÂa y fiabilidad en todo tipo de aplicaciones. Al mismo tiempo, el número de zonas calientes en tarjetas y equipos también está creciendo. Por ejemplo, se debe conocer los puntos en los que la temperatura aumenta de forma crÃÂtica.
Entre las aplicaciones tÃÂpicas que necesitan monitorización de varios puntos calientes se encuentran la informática (servidores y ordenadores portátiles), equipos industriales (grandes fuentes de alimentación, SAI, convertidores de frecuencia o controladores de iluminación) y electrónica de automoción.
Los puntos calientes con temperaturas excesivas, provocados como resultado de disipación de potencia, se suelen encontrar en semiconductores como MOSFET o IGBT. Otras posibles localizaciones incluyen inductores, transformadores, condensadores y motores.
La mayorÃÂa de técnicas usadas para medir la temperatura operan bajo el mismo principio. Emplean un sensor, como el PT100, o un termistor NTC, cuya resistencia cambia con la temperatura como una función relativamente lineal. Una resistencia especÃÂfica siempre se corresponde con una temperatura predeterminada. De esta forma, una resistencia se suele integrar en un divisor de tensión para registrar el exceso de temperatura.
El divisor se puede enlazar directamente a un voltaje de salida especÃÂfico Vout. Por lo general, esta tensión, aplicada a un IC controlador o a un amplificador operativo conectado como un comparador, provoca una acción determinada como el cierre de sistema o el comienzo de un proceso de ventilación activa.
De esta forma, se superan los lÃÂmites existentes al monitorizar varios puntos simultáneamente (exceso de temperatura). Entonces se requerÃÂa un sensor separado para cada punto o zona caliente. El inconveniente era obvio: aparte del esfuerzo de desarrollo, se incrementaban los costes y se ocupaba un valioso espacio de tarjeta.
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Una familia de productos exclusiva
EPCOS, empresa representada en España por Anatronic, S.A., ofrece un concepto novedoso para la monitorización simultánea de diversos puntos de medición con termistores PTC 0603 de la serie B59601. La resistencia de un termistor PTC varÃÂa con la temperatura de acuerdo a la curva mostrada en la Figura 1. En el rango de menores temperaturas, el componente tiene una resistencia reducida (R25 = 470 Ω ±50%). Con su temperatura de sensor especificada, sin embargo, se eleva a 4.7 kΩ. Esta temperatura se debe establecer con una precisión de ±3 K. Los PTC de EPCOS se encuentran disponibles con temperaturas de sensor de entre +75 y +135 °C en pasos de 10 K.
Figura 1: CaracterÃÂstica de resistencia de los termistores PTC
*Con un incremento de temperatura de 10 K por encima de la temperatura definida de sensor, la resistencia varÃÂa de 4.7 a más de 40 kΩ. Este efecto se emplea para registrar las elevaciones de temperatura.
Gracias a su impresionante curva R/T de esta familia de productos, la resistencia es considerablemente superior en unos 10 K al valor especificado. Por lo tanto, el PCT (B59601A0095B062) con una temperatura de +95 °C ±3 K (4.7 kΩ) posee una resistencia de unos 40 kΩ a +105 °C, por ejemplo. Esta inclinación de la curva R/T es una caracterÃÂstica exclusiva de los sensores PTC de EPCOS.
Siete a la vez
La inclinación y el cambio rápido de la resistencia en función de la temperatura permiten la monitorización de varios puntos calientes en un mismo circuito. Por consiguiente, ahora es posible controlar simultáneamente siete zonas calientes en una tarjeta de circuito o equipo para detectar subidas de más +100 °C, independientemente de qué punto alcanza este valor (Figura 2).
Un PTC de la serie B59601 en una versión SMT se ubica en cada punto a monitorizar. Gracias a sus caracterÃÂsticas de inclinación, todos estos PTC se pueden conectar en serie, garantizando un control fiable de cada zona caliente.
Figura 2: Medición de temperatura en varios puntos calientes
*A pesar del circuito en serie, se pueden registrar los excesos de temperatura en cada punto caliente. Esta topologÃÂa de circuito hace posible una gestión económica, fiable y ahorradora de espacio.
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Los siete PTC permanecen por debajo del valor especificado para la temperatura de sensor de +95 °C ±3K, por lo que su resistencia total se situará por debajo de 7 x 4.7 kΩ = 32.9 kΩ.
Incluso si sólo uno de los PTC conectados en serie llega a una temperatura de +105 °C, la resistencia se incrementará hasta más de 40 kΩ. Dependiendo de cómo o dónde se produzca la temperatura más elevada en la tarjeta de circuito, la resistencia total de 40 kΩ se alcanza tan pronto como el punto más caliente supera los +100 °C.
Este comportamiento hace posible el uso de un divisor para detectar el exceso de temperatura en este caso con siete PTC en un lado y una resistencia de valor fijo en el otro. La tensión de salida, entonces, ofrece información de qué punto o puntos se están calentando demasiado.
Aparte de los modelos STP antes mencionados, EPCOS también posee una serie de versiones cargadas para medición de temperatura, asàcomo soluciones para aplicaciones especÃÂficas, incluyendo tipos con correa o tornillo que se pueden montar directamente en el heat sink de componentes electrónicos de potencia.
