完美的基準(zhǔn)電壓源可產(chǎn)生不受任何外部因素影響的穩(wěn)定電壓。當(dāng)然，實(shí)際基準(zhǔn)電壓源會(huì)受到許多外部因素引起的誤差的影響。這些主要誤差的一個(gè)原因是溫度。無需小心，很容易在其工作溫度范圍之外操作基準(zhǔn)電壓源。本應(yīng)用筆記描述了基準(zhǔn)電壓源如何響應(yīng)溫度變化，以及自發(fā)熱如何導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓源在其推薦溫度范圍之外工作。一旦理解了這些知識(shí)，就可以使用這些知識(shí)來避免犯這個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

如何在溫度范圍內(nèi)指定基準(zhǔn)電壓源

溫度系數(shù)（tempco）是定義基準(zhǔn)電壓源輸出電壓在給定溫度下如何漂移的規(guī)格。圖1顯示了兩個(gè)基準(zhǔn)電壓源如何隨溫度漂移。這些圖取自三個(gè)典型單元。

圖1.MAX6033和MAX6005等典型基準(zhǔn)電壓隨溫度漂移。

第一個(gè)圖是MAX6033的數(shù)據(jù)，第二個(gè)圖是MAX6005的數(shù)據(jù)。很明顯，這些設(shè)備具有顯著不同的形狀特性。MAX6033A額定為7ppm （最大值）基準(zhǔn)，MAX6005額定為100ppm （最大值）基準(zhǔn)。這對(duì)設(shè)計(jì)的真正意義是什么？這當(dāng)然并不意味著如果我們將零件的溫度提高 1°C，我們將通過溫度系數(shù)改變輸出電壓。要了解發(fā)生了什么，必須記住，Maxim使用“box”方法指定其串聯(lián)基準(zhǔn)電壓源。這種方法便于比較整個(gè)基準(zhǔn)電壓源系列，是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

MAX6033A是盒式方法工作原理的一個(gè)很好的例子。該器件的額定基準(zhǔn)電壓為7ppm （最大值），溫度范圍為-40°C至+85°C。 還值得注意的是，MAX6033的額定溫度范圍為-40°C至+125°C，這就是為什么圖1一直到+125°C的原因。 要計(jì)算其在指定溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度，只需將溫度系數(shù)乘以器件的指定溫度范圍即可。MAX6033A的尺寸為7ppm/°C x 125°C = 875ppm。此值始終為正值和負(fù)數(shù)。因此，在器件的指定溫度范圍內(nèi)，我們可以保證基準(zhǔn)電壓源的漂移小于初始值的±875ppm。如圖2所示，其中SOT23封裝器件的數(shù)據(jù)非常令人印象深刻。“盒子”的頂部和底部以最大漂移為界，左右以極端溫度為界。

值得一提的是，任何基準(zhǔn)電壓源的初始值都定義為一組定義的條件下的輸出電壓范圍：溫度、輸入電壓、負(fù)載電流等。MAX6033A為±0.04%，MAX6005A為±1%。

圖2.MAX6033的溫度漂移

一個(gè)例子說明了為什么這是一個(gè)重要的練習(xí)。假設(shè)設(shè)計(jì)要求基準(zhǔn)電壓源在0°C至+70°C溫度范圍內(nèi)漂移不超過±1100ppm。 MAX6033A很容易滿足這一規(guī)格。然而，MAX6033B的溫度系數(shù)為10ppm，導(dǎo)致漂移為1250ppm，因此該器件無法正常工作。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到Maxim網(wǎng)站上的參數(shù)搜索，假設(shè)搜索找到MAX6025A電壓基準(zhǔn)，在-40°C至+85°C范圍內(nèi)額定為20ppm。 顯然，該設(shè)備將無法工作，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致±2500ppm的漂移。然而，有一點(diǎn)至關(guān)重要需要注意：該器件在0°C至+70°C的溫度下也配置為15ppm，從而產(chǎn)生±1050ppm。該器件的價(jià)格約為MAX6033A的一半，因此對(duì)于示例應(yīng)用來說，它顯然是更好的選擇。

關(guān)于基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)規(guī)格，還有一點(diǎn)非常重要。Tempco是在芯片溫度下指定的，而不是在環(huán)境溫度下指定的，這是許多其他器件規(guī)格的正常情況。

基準(zhǔn)電壓自發(fā)熱和芯片溫度計(jì)算

如上所述，指定溫度系數(shù)時(shí)使用的溫度范圍是管芯溫度。器件通常不會(huì)耗散太多功率，因此其管芯溫度將非常接近環(huán)境溫度。然而，有時(shí)設(shè)計(jì)可能需要基準(zhǔn)電壓源來消耗更多功率。這種“極端”設(shè)計(jì)可以使用MAX6043，這是特殊的，因?yàn)樗淖畲箅娫措妷嚎梢允?0V。它可以提供至少10mA的電流。MAX6043的ABSMAX規(guī)格如下所示：

這種 6 引腳 SOT23 封裝的額定功耗為 727mW，但在高于 +70°C 時(shí)必須在 9.1mW/°C 時(shí)降額。 最高工作結(jié)溫為+125°C，由工作溫度范圍表示。

根據(jù)這些規(guī)格，您可以確定設(shè)備的最高環(huán)境溫度。芯片溫度的計(jì)算公式為：

T一個(gè)= TJ* sΘJA× PDISS

哪里：

TJ是結(jié)溫。

T一個(gè)是環(huán)境溫度。

RΘJA是從結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻。

PDISS是功耗。

請(qǐng)注意，雖然沒有具體顯示R？JA，但它可以從1/降額因子計(jì)算出來。在這種情況下，即：

1/9.1mW/°C = 110°C/W。

考慮另一個(gè)示例，電源為40V，基準(zhǔn)電壓為2.5V，負(fù)載電流為10mA。這導(dǎo)致功耗為375mW。使用上述公式，最高環(huán)境溫度為+84°C。 自加熱溫度為 +41°C。

因此，即使MAX6043基準(zhǔn)的額定溫度高達(dá)+125°C，在高負(fù)載下也只能使用+84°C。

結(jié)論

盒方法用于定義如何在溫度范圍內(nèi)指定基準(zhǔn)電壓源。然后，了解此方法有助于為應(yīng)用程序選擇最佳組件。與許多規(guī)格不同，基準(zhǔn)電壓源的工作溫度范圍是芯片溫度，而不是環(huán)境溫度。一個(gè)例子展示了如何計(jì)算芯片溫度，以及這如何導(dǎo)致特定基準(zhǔn)電壓源可實(shí)現(xiàn)的工作溫度范圍顯著降低。

審核編輯：郭婷