工業場景中的NTC、壓力傳感、電容器應用

電子發燒友網報道（文/李寧遠）工業領域有很多傳感器的應用，溫度傳感、壓力傳感、濕度傳感等等。而且由于工業領域較為嚴苛的環境對傳感器的性能也提出了很多挑戰，比如NTC傳感器既需要在高溫環境下進行溫度測量，還需要可靠地完成電路保護功能。

在工業場景中，這些各樣的傳感器發揮出了怎樣的效果，又有哪些需要注意的地方呢？

工業NTC應用

從工業應用角度來說NTC的應用可以說非常廣，比如說一些電源轉電路、UPS、驅動器、控制柜以及火災探測器等等。在電源轉換里邊的話，比較常見的就IGBT分布式溫度監測。因為采用IGBT、MOSFET這些裝置的電源轉換涉及AC/DC、DC/DC、DC/AC這些過程時會發熱，這些熱量都需要進行監測避免IGBT、MOSFET因過熱損壞。

在分布式IGBT溫度監測里，最常見的NTC應用就是安裝在PCB板的散熱片上，這種安裝方式非常簡單，采用螺絲固定即可。一般這種應用里都采用旋入式的NTC，部署起來很輕松，前端固定好螺絲環后后端還能根據導線長度做定制化傳感器設計。在這種應用里，NTC需要使用金屬標簽外殼進行密封以確保NTC良好的熱耦合。一般來說這種NTC 125℃的耐高溫性能可以適配多數應用，但是如果工業場景有更嚴苛的高溫要求就需要強化傳感器探頭。

結合實際用例，場景會對溫度監測有一些不同的需求。比如在UPS系統中，則至少需要NTC監控3個位置的溫度，一個是在散熱片出監測整流器和逆變器的溫度；二是在BMS中監控BMS溫度情況，這里尤其要監測鋰離子電池，因為鋰離子電池不耐熱，幾乎要監測每個電池的溫度確保BMS不會過熱；三是在機柜內部監測整個UPS系統的溫度，具體需要使用的NTC數量則根據UPS大小而定了。

在這種電源轉換應用里，模塊化趨勢很明顯，為了順應這一趨勢NTC在設計制造上也有很多需要注意的地方。首先工藝上，就必須采用燒結和鍵合的半導體工藝將片狀NTC連接到板上。為了增強NTC的熱性能，有些廠商還會采用絲印技術來進行鍍層保證在工業高溫中期間能保證可靠性。這種可鍵合的片狀NTC可以直接安裝到IPM中測量IGBT附近的溫度，而且因為是直接連接到板上，熱耦合性能也很優秀。

工業領域的壓力傳感

另一大傳感應用類別是壓力傳感器，有很多的工業應用采用液壓設備或者氣動設備，這些設備里邊如何來控個氣體的壓力以及流體的壓力都需要壓力傳感器。硅壓阻式壓力傳感元件是工業場景里經常使用的壓力傳感，工作原理其實就是一個惠斯通電橋，當氣體或者流體的壓力作用在這個元件膜片上使膜片變形的時候，幾個電阻產生形變，導致輸出各不一樣，通過輸出的大小然后來判斷這個壓力的大小。

壓力的測量分很多種，有的測表壓，有的測背面絕壓，有的測正面絕壓，每種測量類型都有著不同的測量范圍。需要注意的是有些被測體是具有腐蝕性的，這時候就要選擇充油芯體，也就是把芯片封裝在充油芯體里邊，再把整個芯體做成壓力傳感器，以避免元件直接接觸腐蝕被測體導致損壞。這里其實也關系到關襯底玻璃的選擇，測表壓，測背面絕壓，測正面絕壓需要選擇的襯底玻璃的選擇都不一樣。

壓力傳感器的過壓能力是很直觀的性能體現，為了增強過壓能力，可以通過縮小空穴體積或者增大硅玻鍵合面積來實現。這一提升是很明顯的，有時候能將器件的過壓能力提升一倍。

鋁電解電容的工業變頻器應用

工業領域里變頻器的使用可以說隨處可見，既能達到節能的目的，也能減少電機的損耗，從而提高電機的壽命。變頻器的逆變部分，在調制時會產生較大紋波，調制過程中的能量吸收和釋放需要DC-LINK足夠的電容量支撐。

鋁電解電容是工業變頻器中常見的選擇，我們知道在電容家族里有各種各樣的電容，而鋁電解電容最大的特點就是單位體積容量最大，并且單位容量成本最低，這兩個特點使它成為工業變頻器的首選。需要注意的四核變頻器電容額定電壓需要預留安全余量，一般會預留5%到10%，有些在峰值的基礎上加50V甚至更高。

伺服變頻器與通用變頻器類似，但是由于伺服變頻器更快更準的響應，它需要更大的過載能力要求。因此用于伺服變頻器的鋁電解電容的額定電壓會比同類型通用變頻器更高，這個要求在業內稱為快速充放電要求。當前業界對快速充放電沒有一個通用的標準，但是基本上都會要求滿足下面幾個條件，對于牛角型電容器，充放電電壓的壓差要到150V，頻率6Hz，要能滿足5000 萬次循環，對于螺栓型電容壓差也是要到150V，頻率3Hz，滿足2000萬次循環。簡單來說，通用變頻器220V下使用的鋁電解電容要求在400V，而同情況下伺服需要要求在450V。

小結

流程行業擁有大量依賴于傳感器才能正常運行的機器或系統和互連設備的集群，工業應用中的傳感器起著至關重要的作用。這些傳感器的選取需要考慮到工業環境中嚴苛的要求，足夠可靠的傳感器才能消除工廠流程中的盲點，從而實現高質量生產。