2004年7月B版

　　系統設計工程師開發電子產品時往往受到兩方面的限制，使他們不得不審慎考慮系統的散熱問題。其中一個限制是印刷電路板及機盒的大小及成本。由于產品越趨小巧，因此機盒內的氣流較少，很難降低耗電量大而又敏感的半導體芯片的溫度。性能是另一個方面限制，因為我們不斷提高處理器、數字信號處理器(DSP)及控制器(MCU)的性能，但根據摩爾定律，處理器性能每提升一倍，功耗也相應增加一倍。由于受到這兩方面的限制，因此電子產品很易在工作時積聚大量熱能，令溫度不斷攀升，以致影響系統的可靠性，甚至功能能否充分發揮也會受到影響。以這兩方面的問題來說，溫度傳感器芯片都可發揮關鍵性的保護作用。

建立熱量控制系統模型

　　電路板及機盒的功能設計全部完成之后，我們便應立即建立熱能控制系統的模型。圖 1 的彩色繪圖清楚顯示出現在系統設計內的多個瓶頸地帶，同時也讓我們知道是否有必要加設主動式溫度感測及控制裝置 (參看圖 1)。美國國家半導體的 www.national.com/appinfo/webench/webtherm/ 網頁載有這類建模工具的示例，全部都極有參考價值。需要保護的關鍵電路一經確定之后，便必須制定相關的保護策略。

保護策略

　　傳統上，工程師都利用銅線或金屬塊作為散熱器，以保護會耗散大量熱能的芯片。這個方法仍然很受歡迎，但只局限于并不怎樣計較產品輕重的系統。從熱能管理的角度來看，計算機制造商其實有很多值得我們學習的地方。他們采用的保護計算機的方法也適用于其他電子產品，而事實上這些方法已被其他行業如電子游戲機及汽車電子系統業的制造商所廣泛采用。以下是幾個基本的保護方式：
　
　　有一點很重要，那就是采用塑膠封裝的溫度傳感器芯片可在-55℃至 150℃的溫度范圍內操作。對于需要在 150℃至 180℃的高溫范圍內操作的先進系統來說，無封裝的傳感器裸粒仍可適用。

被動式保護

　　目前有幾個保護系統的方法最具經濟效益，例如適當降低功率的額定值、讓空氣自由流動以及采用散熱器。為了確保產品性能可靠，符合集成電路制造商所作的保證，芯片本身的連接面溫度必須不能超過數據表所列的數值 (約 150℃)。

　　電源管理芯片的數據表都將有關的方程式一一列出，讓工程師可以利用降低功率額定值的方法計算散熱器的大小。有關方程式已將芯片至封裝、封裝至散熱器、以及空氣對流等不同散熱方面的熱阻計算在內。

恒溫控制芯片

　　采用恒溫控制芯片可以避免電子產品因為產生大量熱能而燒毀其中的電子零件，而且這是一個簡單而又快捷的解決方法。恒溫器芯片可將電子產品轉入備用模式，甚至停止電源供應器的供電，或啟動散熱扇。例如，美國國家半導體的 LM26 及 LM27 溫度傳感器芯片屬于成本效益非常高的恒溫控制芯片，跳轉點低至只有23℃，最高可達145℃，應用范圍非常廣泛。此外，這兩款恒溫控制芯片也有2℃或10℃兩種滯后可供選擇，以滿足不同熱滯后時間及熱質量的不同要求。

數字溫度傳感器

　　數字溫度傳感器內置二極管傳感電路、模擬數字轉換器、寄存器及接口區塊。8 位傳感器的精確度可達