Vishay
NTC-Thermistor-SPICE-Modellierung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Ansprechzeit des Thermistors
In LTSpice und PSpice pendelt die Ansprechzeit des Thermistors zwischen 1 und 10 Sekunden. Wenn wir diese Simulation als Ausgangspunkt nehmen, haben wir fast alle Grundbausteine für den Entwurf einer Temperaturmessanwendung beisammen, und der Anwender kann die Schaltungen um die Sonderfunktionen seiner jeweiligen Unternehmenssoftware erweitern. Insbesondere in LTSpice und PSpice ist der Ersatz der externen Konstantspannungsquelle (also „Umgebungstemperatur“) durch stückweise lineare Da-teien, in denen praktische Temperaturprofile aufgezeichnet werden können, denkbar (d.A.).
Das neue Vishay-Modell…
...entwickelt die Anwendung im Bereich Thermoregulierung sogar noch weiter und kann an eine Spannung (also Temperatur) angeschlossen werden, die von der Anwendungsschaltung selbst erzeugt wird. In diesem Fall kann eine Temperaturrückführungsschleife für die Regelung der Temperatur in der Anwendung entworfen werden.
Beispiel einer nützlichen Anwendung dieses Modells…
...wäre die Simulation eines thermoelektrischen Kühlerreglers, in welcher der Heißleiter, zur Regelung der Temperatur, ein Feedback an die Leistungsquelle sendet. Bei Verwendung des spannungsgesteuerten Thermistors kann eine Transferfunktion genutzt werden, um die Kühlungs-(Kühlkörper-)Last-Kombination zu simulieren und die Temperatur in Form einer Spannung an den NTC zu übertragen.
Ein weiteres Beispiel ist ein Differentialwärmemelder, bei dem die Anstiegsrate der Thermistortemperatur zum Schalten eines Schmitt-Trigger-Operationsverstärkers genutzt wird, der einen Thyristor ansteuert. Das kritische Temperaturprofil (Anstiegsrate) kann in einer Datei aufgezeichnet, als Textdatei in die Simulation integriert und an den virtuellen Temperatur-PIN des Thermistors gelegt werden.
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Generell kann das vorgestellte Modell für jede Temperaturregelungs-, -wächter-, -steuerungs- oder -kompensationsanwendung verwendet werden, in der die Endtemperatur simuliert und zwecks Temperaturregelung zum NTC-Thermistor zurückgeführt werden kann.
Im Folgenden werden wir eine solche Integration unseres neuen Modells veranschaulichen, indem wir die LTSpice-Simulation eines klassischen Beispiels zeigen. Es geht um die Temperaturregelung einer Anlagenheizung mit einem Timer 555, der einen Triac triggert, wobei die Temperatur zwischen zwei Grenzwerten pendelt (Abb. 5).
Das erwärmte System (rechts im Fenster) wird durch ein Paar Kondensatoren (C1 und C6) modelliert, das über die Festwiderstände R6 und R10 ge- und entladen wird. Sie sind an eine Spannungsquelle angeschlossen, deren Spannung proportional zur Summe aus der Temperatur des Heizelements (Rheat) und der Umgebungstemperatur (Tamb) ist.
Die Spannung am Knoten „Tsystem“ entspricht der Temperatur des erwärmten Systems und wird an den dritten PIN des Thermistors gemeldet, welcher diese Temperatur mit einer Verzögerung gleich der Ansprechzeit (Wert des Widerstands R9: TAU) misst, eine Spannung erzeugt und den Knoten „TRIG“ des NE555 ansteuert. Die Schleife ist komplett, und der Anwender kann jetzt die Auswirkungen sämtlicher Parameter der Schaltung in ihren Grenzzuständen simulieren und testen (rechter Fensterabschnitt von Abb. 6). Hier führt die abfallende Umgebungstemperatur in einem Moment zu einer Begrenzung des Tastverhältnisses des Triac, was zu einer Unterbrechung der Temperaturregelung führt …
Jetzt kann man ohne intensive und kostspielige Praxisversuche…
...eine Temperaturmess-anwendung entwerfen und Signalverläufe erzeugen, deren Ergebnisse mit späteren Versuchsergebnissen verglichen werden können und so zur Optimierung der Anwendung beitragen.
Wir sind dankbar für jede Anmerkung zu dieser Anwendung, die der Weiterentwicklung unseres Modells dienen kann.
Die in diesem Artikel vorgestellte Simulation und die Modelle sind auf Anfrage erhältlich.
Kontakt: edesign.ntc@vishay.com
- NTC-Thermistor-SPICE-Modellierung
- Ansprechzeit des Thermistors
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