温度由电压驱动的多仿真器NTC热敏电阻器SPICE模型

        在目前市面上的NTC热敏电阻器的经典SPICE模型中，温度仿真是使用嵌入式TEMP变量。这对研究电路在外部环境温度变化时的一般响应十分理想，但对评价传感器对规定动态温度曲线的响应却不再有效。在温度调节应用中，瞬间状态在电路设计中扮演着重要角色。例如，PID稳压器的行为可能非常依赖于传感器的热惰性或响应时间。

为解决该问题，我们提出了一个新的SPICE模型，它使用的是连接至外部电压的第三虚拟引脚处的热敏电阻器温度。对仿真而言，按照用户的应用需求，这个外部电压代表热敏电阻器的动态温度。用户因此能够通过改变该外部电压来随意改变热敏电阻器温度。

以图1上的电容器C(通过连接至固定电压V2的固定电阻器R2充电)的指数式变化电压为例。当我们将该等电压连接至热敏电阻器模型的第三引脚Tin时，图2的仿真代表受到温度阶跃影响的热敏电阻器的温度变化。固定电阻器R2值代表热敏电阻器的响应时间，电容器的规定初始电压代表初始热敏电阻器温度。二者均可由用户调节。R2值范围这里是1秒至10秒。

　　图1

采用温度驱动NTC热敏电阻器的分压器桥电路(温度阶跃为25°C至85°C)

　　图2：仿真结果：上方是热敏电阻器电压V(NTC)/下方是热敏电阻器温度V(Tin)

对于复杂性增加，这个例子中的固定电压可用描述在应用中测得的温度曲线的正弦波或分段线性电压(带文件)代替。热敏电阻器将遵循该曲线，延迟由RC网络确定。

在温度调节领域进一步发展该应用，温度驱动/电压驱动式模型可连接至由应用电路本身产生的电压。该电压必须代表由应用产生的相等温度。本例中构建了一个温度反馈回路来调节应用中的温度。

这个模型的一个实际用例是热电冷却器控制器的仿真，其中NTC反馈到电源来调节温度。使用电压控制热敏电阻器，可用传递函数来仿真冷却/散热器和负载组合，并通过电压将温度反馈给NTC。

另一个例子是温度-速度测量(thermo-velocimetric)火警探测器，其中使用热敏电阻器温度的上升速度来开关控制晶闸管的Schmitt触发器运放。临界温度曲线(速度上升)可记录在一个文件中，作为文本文件包含于仿真，并用于热敏电阻器的虚拟温度引脚。

通常，所提供的模型可用于任何温度调节检测、控制，或者用于可以仿真最终温度并反馈到NTC热敏电阻器，以便调节温度的调节过程。例如，目前已能够根据温度传感器的温度响应，实时调整PID温度控制器的比例、微分和积分常数。

所提供的热敏电阻器模型是在六个不同电子仿真器中提供的，因为SPICE语言语法因仿真器的不同而异。这些仿真器按字母顺序排列如下：

- Altium Designer 16.1

- Cadence® OrCAD® 16.6(也经过17.2版本的测试)

- LTspice IV(也经过LTspice XVII 64位版本的测试;不推荐LTspice XVII 32位版本)

- NI的 Multisim 14.0(有针对Multisim Blue的单独版本)

- SIMetrix/SIMPLIS 7.20k

- Tina-TI version 9

这些仿真在所有这些仿真器中都基于相同的原理并可立即使用。三引脚热敏电阻器模型包含典型的感测电路，包括分压器桥电路在内。第三(仅为仿真)引脚通过RC电路(其RC常数是热敏电阻器的响应时间)连接至固定电压源。

根据每个软件的可用特性(分段线性电压源、分段线性电压文件等)可进一步发展该电路。重要的是应当注意，与电压驱动/温度驱动式热敏电阻器模型相关联的所有导入问题都已解决，无需用户再费时费力，用户将能把注意力完全集中于其自己的应用。

该NTC热敏电阻器SPICE模型的原始建模是在LTSpice IV中进行的。另外，除了一个用于热敏电阻器的更复杂热传递函数外，还有包括蒙特卡罗法容差和最坏情况分析的更多精致模型可用。欲知有关本文所述模型和仿真的更多信息，请发送电子邮件至edesign.ntc@vishay.com。

作者：Alain Stas， Vishay Intertechnology非线性电阻器产品营销工程师

Alain Stas现任Vishay非线性电阻器产品营销工程师，此前在布鲁塞尔自由大学(ULB)研究生物技术过程的数学建模。Alain拥有布鲁塞尔自由大学物理学和土木工程理学硕士学位，专业是固态电子学。