ÍNDICE DE CONTEÚDO
Os componentes eletrônicos geralmente são projetados para funcionar de maneira ideal dentro de um conjunto específico de parâmetros, como faixa de tensão, fator de forma e espaço na placa que representam elementos essenciais os quais os desenvolvedores devem considerar ao criar seus projetos. Um dos maiores problemas de projeto a ser resolvido são os limites de temperatura operacional e o superaquecimento, especialmente em aplicações que incluem pequenos motores ou dispositivos onde seria mais econômico substituir do que gastar tempo em reparos em casos de falha devido ao superaquecimento. O superaquecimento também pode ser um problema de design em laptops e outros dispositivos eletrônicos pessoais que exigem maior desempenho em um fator de forma menor a cada nova geração. Detectar rapidamente uma situação de superaquecimento e tomar medidas para proteger o sistema ou dispositivo antes de danos sérios pode, em última análise, economizar tempo e dinheiro dos usuários em possíveis custos de reparo e substituição, além de garantir a confiabilidade do desempenho.
Neste artigo, examinaremos uma solução simples que os desenvolvedores podem usar para detectar problemas de temperatura em equipamentos eletrônicos.
Métodos Padrão de Monitoramento de Temperatura
Os desenvolvedores frequentemente utilizam termistores — abreviação de resistores térmicos — para detectar mudanças de temperatura em uma placa. Os termistores não operam tão bem quanto os detectores de temperatura de resistência (RTDs) nos extremos das faixas de temperatura operacional. No entanto, eles fornecem mais precisão em uma faixa de temperatura mais estreita, tornando-os uma opção melhor do que os RTDs para mecanismos e dispositivos menores e mais complexos, nos quais até mesmo pequenas variações de temperatura podem afetar seriamente a funcionalidade e a confiabilidade.
Os termistores se enquadram em uma de duas categorias com base em como reagem ao calor excessivo e nos materiais com que são construídos: coeficiente de temperatura negativo (NTC) e coeficiente de temperatura positivo (PTC). Os termistores NTC são tipicamente feitos de óxidos de ferro ou níquel em pó e fornecem menos resistência em altas temperaturas, enquanto os termistores PTC são construídos a partir de metais alcalino-terrosos como bário ou estrôncio e geram mais resistência acima de um limite especificado—geralmente à temperatura ambiente. Os termistores PTC atuam com um limiar contra o superaquecimento, gerando resistência apenas acima de seu limite especificado, e essa resistência se torna um indicador de que um local específico dentro de uma placa ou dispositivo excede a temperatura recomendada. Sistemas e motores frequentemente possuem diferentes velocidades de operação, então prevenir danos por superaquecimento nesses tipos de aplicações pode ser tão simples quanto operar em uma velocidade menor até que a temperatura interna volte ao normal. Os termistores PTC, usados em conjunto com uma solução IC, podem ajudar os sistemas a tomar medidas para prevenir os efeitos nocivos do superaquecimento e manter componentes e dispositivos funcionando sem problemas.
Solução de Detecção de Superaquecimento da Toshiba
O Thermoflagger™ (TCTH0) da Toshiba é um IC projetado para ser usado com termistores PTC para detectar aumentos de temperatura e proteger componentes contra superaquecimento. O Thermoflagger pode ser conectado a um termistor PTC ou a uma série de termistores PTC, fornecendo uma corrente elétrica de baixo nível. Se qualquer um dos termistores na série detectar uma temperatura que exceda seu limite, o Thermoflagger inverte o sinal FLAG de ALTO para BAIXO até que o termistor não leia mais temperaturas que excedam seu limite. O Thermoflagger permite que os desenvolvedores incorporem múltiplos termistores PTC com diferentes limites de temperatura ao longo da placa, com requisitos de temperatura operacional muito específicos para cada PTC. Se a temperatura de um único termistor PTC na série detectar superaquecimento, o Thermoflagger protegerá toda a placa até que seja seguro operar novamente. O Thermoflagger proporciona aos projetistas de placas maior precisão e exatidão, além de exigir apenas uma corrente baixa para operar, tornando-o uma solução IC confiável e de baixo consumo para projetos de placas.
O Thermoflagger pode ser implementado com termistores PTC em várias aplicações industriais e eletrônicas. Colocando termistores PTC ao lado de MOSFETs ou outros elementos geradores de calor em uma placa, como dentro de um PC ou laptop, e conectando-os ao Thermoflagger, o computador pode se proteger contra superaquecimento sistêmico aumentando automaticamente a velocidade dos ventiladores e reduzindo a operação de componentes individuais para sua temperatura operacional recomendada.
Os PTCs configurados para diferentes limites de temperatura podem ser utilizados simultaneamente. Por exemplo, um MOSFET pode ter um valor de resistência de 100°C, enquanto outro é configurado para 60°C. O Thermoflagger pode monitorar simultaneamente a temperatura em diferentes locais da placa e mudar o sinal de saída ou alertar um operador sobre o evento de superaquecimento, solicitando que tomem as medidas necessárias para garantir a segurança e a confiabilidade do dispositivo.
Os desenvolvedores também podem implementar o Thermoflagger em dispositivos pequenos e motorizados, como furadeiras sem fio ou aspiradores de pó portáteis, nos quais o superaquecimento pode frequentemente causar danos irreparáveis. Termistores PTC únicos ou múltiplos podem ser conectados a MOSFET(s) que suportam o motor, e o Thermoflagger detectará o superaquecimento e mudará os estados de saída ou alertará um sistema(s) externo sobre a necessidade de tomar as medidas adequadas até que a temperatura interna esteja de volta aos parâmetros recomendados.
Conclusão
O desafio de projetar soluções de superaquecimento eficientes em termos de espaço e de baixo custo se torna mais significativo à medida que os dispositivos e seus formatos se tornam menores, e o espaço na placa de circuito impresso continua a diminuir. Os termistores PTC usados isoladamente podem alertar os desenvolvedores sobre problemas de superaquecimento em seus projetos, mas, quando combinados com uma solução IC como o Thermoflagger da Toshiba, podem fornecer monitoramento de temperatura mais preciso, localizado e oportuno sem a necessidade de outros componentes externos.
O Thermoflagger, seja usado para monitoramento ativo de temperatura ou para análise de dados para prever falhas relacionadas ao calor, oferece aos desenvolvedores uma solução IC robusta, de pequeno porte e baixo custo para problemas de superaquecimento em seus projetos.
Artigo publicado por Alex Pluemer no blog da Mouser Electronics: Thermoflagger™ and PTC Thermistors: A Match Made for Overheating Designs
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
