如何检测基于NTC热敏电阻的LED闪光基板温度？
ntc热敏电阻是一种热阻元件，其阻值会随温度升高而急剧下降。利用这一特性，除了可以被设计为温度传感器以外，它还被用作温度保护元件以防止电路过热。
通过将ntc热敏电阻安装在靠近热源的位置上，可以准确检测热源温度。但由于基板尺寸和pcb布线等限制，有时也需要将其安装在远离热源的位置。
在本文中，我们假设了这种情况，将led闪光灯基板上的led作为热源，并通过发热模拟确认了由于led和ntc热敏电阻安装位置不同而导致的测量温差，此外还确认了基板厚度的影响，并对其结果进行说明。
目的
通过将ntc热敏电阻安装在靠近热源的位置，可实现精确的热源温度检测。
但由于基板尺寸和pcb布线等限制，有时也需要将其安装在远离热源的位置。
我们假设了这种情况，使用发热模拟软件（picls，software cradle co., ltd.制造），将led闪烁灯基板的led作为热源来确认由于led和ntc热敏电阻安装位置不同而导致的温差，此外还确认基板厚度的影响。
测试基板
测试所用的基板是基于智能手机led闪光基板的模型所设计的。
基板尺寸：6.5 x 5.0mmled尺寸：1.0 x 1.0mmled输出：30mw x 4个图1：基板信息
●基板外形和零件配置
●基板正面
●基板背面
●基板设计
✔ 外形尺寸6.5x5.0mm
✔ 2层基板(基材fr4)
✔ 基材导热系数0.25w/mk
✔ 图案(cu)厚度35um
✔ cu导热系数398w/mk
测试条件
测试条件如下所示。
条件1：基板厚度
对于led闪烁灯基板，正面的gnd布线通过via连接到背面。
其他部分使用fr4基板材料。
基板越厚使用的基材越多。
基板厚度有0.4mm和1.6mm两个等级。
图2：模拟条件1【基板厚度】
条件2：ntc热敏电阻安装位置
在led闪烁灯基板的中央区域安装了四个1mm形状的led。
在远离led的位置上配置0402mm形状的ntc热敏电阻。
ntc热敏电阻的安装位置距离led为0.25mm、1.00mm和1.75mm。
图3：模拟条件2 【ntc热敏电阻安装位置】
测温点
发热模拟时的测温点设为led表面和ntc热敏电阻表面四处。
图4：测温点
测试结果
结果1：基板厚度 0.4mm
led表面温度・・・显示92.5℃。
ntc热敏电阻表面温度・・・显示距离led越远温度越低。
ntc热敏电阻表面温度相对于led表面温度产生了温差。
基板表面存在温度分布，导体图案与基板材料之间也产生了温差。
图5：各个测温点的led&ntc热敏电阻表面温度模拟结果-1
■条件1:基板厚度0.4mm1.6mm
结果2：基板厚度1.6mm
led表面温度・・・显示92.8℃。
ntc热敏电阻表面温度・・・显示距离热源led越远温度越低。
ntc热敏电阻表面温度相对于led表面温度产生了温差。
基板表面存在温度分布，导体图案与基板材料之间也产生了温差。
图6：各个测温点的led&ntc热敏电阻表面温度模拟结果-2
■条件1:基板厚度0.4mm1.6mm
发热模拟结果总结
ntc热敏电阻安装位置导致的温差：
由于fr4的导热系数低至0.25w/mk，led的热量难以向周围传递，导致led与周围产生温差。
距离热源led越远，led和ntc热敏电阻之间的温差越大。
图7：ntc热敏电阻安装位置导致的温差
确认基板厚度的影响：
当基板厚度较厚时，ntc热敏电阻不容易受到转移到背面gnd的热量的影响，因此ntc热敏电阻与热源led的温差变大。
图8：led和ntc热敏电阻的表面温差 (δ温度)
△温度:
其显示了led表面温度和ntc热敏电阻表面温度之间的温差。
示例:
** 83.1-92.8= -9.7℃**
使用ntc热敏电阻的温度检测电路
基板材质：使用fr4时，由于热源的热量难以向周围传递，导致热源与周围产生温差。此外，距离热源越远，热源与ntc安装位置的温差越大。在设计温度检测电路时需要考虑到这些现象。
元件选择步骤
想要进行温度监测使led表面温度不超过90℃时：
确认基板上的发热源(led)位置。确定ntc热敏电阻的安装位置。确认led表面温度和ntc安装位置的温度。 (假设led温度为90℃时ntc温度为80℃的情况)选择合适的检测电路，使80℃时的输出特性高度准确。图9：使用ntc热敏电阻的温度检测电路
■检测电路
■输出电压(vout)特性
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目的
通过将ntc热敏电阻安装在靠近热源的位置，可实现精确的热源温度检测。
但由于基板尺寸和pcb布线等限制，有时也需要将其安装在远离热源的位置。
我们假设了这种情况，使用发热模拟软件（picls，software cradle co., ltd.制造），将led闪烁灯基板的led作为热源来确认由于led和ntc热敏电阻安装位置不同而导致的温差，此外还确认基板厚度的影响。
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测试所用的基板是基于智能手机led闪光基板的模型所设计的。
基板尺寸：6.5 x 5.0mmled尺寸：1.0 x 1.0mmled输出：30mw x 4个图1：基板信息
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●基板正面
●基板背面
●基板设计
✔ 外形尺寸6.5x5.0mm
✔ 2层基板(基材fr4)
✔ 基材导热系数0.25w/mk
✔ 图案(cu)厚度35um
✔ cu导热系数398w/mk
测试条件
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条件1：基板厚度
对于led闪烁灯基板，正面的gnd布线通过via连接到背面。
其他部分使用fr4基板材料。
基板越厚使用的基材越多。
基板厚度有0.4mm和1.6mm两个等级。
图2：模拟条件1【基板厚度】
条件2：ntc热敏电阻安装位置
在led闪烁灯基板的中央区域安装了四个1mm形状的led。
在远离led的位置上配置0402mm形状的ntc热敏电阻。
ntc热敏电阻的安装位置距离led为0.25mm、1.00mm和1.75mm。
图3：模拟条件2 【ntc热敏电阻安装位置】
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图4：测温点
测试结果
结果1：基板厚度 0.4mm
led表面温度・・・显示92.5℃。
ntc热敏电阻表面温度・・・显示距离led越远温度越低。
ntc热敏电阻表面温度相对于led表面温度产生了温差。
基板表面存在温度分布，导体图案与基板材料之间也产生了温差。
图5：各个测温点的led&ntc热敏电阻表面温度模拟结果-1
■条件1:基板厚度0.4mm1.6mm
结果2：基板厚度1.6mm
led表面温度・・・显示92.8℃。
ntc热敏电阻表面温度・・・显示距离热源led越远温度越低。
ntc热敏电阻表面温度相对于led表面温度产生了温差。
基板表面存在温度分布，导体图案与基板材料之间也产生了温差。
图6：各个测温点的led&ntc热敏电阻表面温度模拟结果-2
■条件1:基板厚度0.4mm1.6mm
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由于fr4的导热系数低至0.25w/mk，led的热量难以向周围传递，导致led与周围产生温差。
距离热源led越远，led和ntc热敏电阻之间的温差越大。
图7：ntc热敏电阻安装位置导致的温差
确认基板厚度的影响：
当基板厚度较厚时，ntc热敏电阻不容易受到转移到背面gnd的热量的影响，因此ntc热敏电阻与热源led的温差变大。
图8：led和ntc热敏电阻的表面温差 (δ温度)
△温度:
其显示了led表面温度和ntc热敏电阻表面温度之间的温差。
示例:
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