ZHDA136 May 2026 HDC1080 , HDC2010 , HDC2021 , HDC2022 , HDC2080 , HDC3020 , HDC3020-Q1 , HDC3021 , HDC3021-Q1 , HDC3022 , HDC3022-Q1 , HDC3120 , HDC3120-Q1
2 集成式加热器运行与设计调节因素
TI 产品系列中的每个湿度传感器都集成有加热器。HDC1x、HDC2x 和 HDC302x 是数字式 RH 传感器，其加热器可通过编程开启，而 HDC3120 是模拟 RH 传感器，其加热器通过外部引脚启用/禁用。HDC302x 具有多种可供用户配置的加热器功率水平。加热器是芯片内的一个电阻元件，通过 VDD 线路汲取相对较大的电流来产生热量。这会升高 RH 传感器的结温并加热传感聚合物，使捕获的多余水汽蒸发回空气中。在加热器运行期间，可继续读取温度和 RH，因此用户可以观察传感器的升温情况。HDC302x 加热器配置会改变加热器的电阻，从而实现不同的加热器功率水平。
图 2-1 焊接散热焊盘对加热器的影响在实际中，加热器有效性主要受三个变量影响：热路径、加热器能量和激活方案。热路径决定了有多少电加热器功率转化为有效的结温升高，而不是散逸到 PCB 中。这可以通过 PCB 的环境热阻和热质量来理解。
表 2-1 展示了在焊接和不焊接散热焊盘时 RθJA 的差异。该表取自 HDC3120 数据表的“热特性”部分，该器件具有与 HDC302x 相同的封装和加热器，但在 3.3V VDD 下具有固定的 62mW 加热器功率水平。不焊接散热焊盘时，RθJA 几乎翻倍。然而，设计更高的 RθJA 也会略微增加传感器的温度和 RH 响应时间。这是因为此时对环境温度和 RH 变化的阻碍更大。因此，传感器对这些环境变化的响应会更慢。如果快速响应时间对应用至关重要，那么对于某些用户来说，不焊接散热焊盘的缺点可能大于优点。
| 热指标 | HDC3120 DEF (WSON) 8 引脚 | 单位 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 散热焊盘已焊接 | 散热焊盘未焊接 | |||||
| 加热器关闭 | 加热器开启 | 加热器关闭 | 加热器开启 | |||
| RθJA | 结至环境热阻 | 89.3 | 95.0 | 170.5 | 176.3 | °C/W |
| RθJC(top) | 结至外壳（顶部）热阻 | 58.0 | 62.0 | 82.9 | 122.7 | °C/W |
| RθJB | 结至电路板热阻 | 58.0 | 85.0 | 117.7 | 86.5 | °C/W |
| ΨJT | 结至顶部特征参数 | 12.4 | 15.7 | 21.5 | 25.2 | °C/W |
| ΨJB | 结至电路板特征参数 | 57.6 | 61.9 | 117.5 | 121.5 | °C/W |
| RθJC(bot) | 结至外壳（底部）热阻 | 37.9 | 42.0 | – | 42.0 | °C/W |
| MT | 热质量 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | 5.7 | mJ/℃ |
为提高加热器温升，用户应着眼于提高 RθJA，即对环境的热阻。当对环境的热阻更大时，加热器功率中更大比例的热量将留在传感器内，因为热量更难散逸到周围空气中。
TI 建议最大限度减小 PCB 的热质量。激活加热器时，PCB 热质量越小，温升就会越大，因为热质量充当了热量的蓄积体。较大的热质量会将更多热量吸入 PCB。对 RH 传感器使用柔性 PCB 或薄型 PCB (< 32mil)，可最大限度提升环境感测能力和加热器温升。不过，FR4 62mil PCB 更为常见且制造成本更低，而且许多用户出于结构稳定性或优化温度和 RH 响应时间的考虑而焊接散热焊盘。与提高对环境的热阻相比，减小热质量会使加热器温升增加得更多，因此用户应优先考虑最大限度减小 PCB 的热质量。
加热器能量是第二个主要调节因素。虽然 HDC1x、HDC2x 和 HDC3120 没有可配置的加热器，但 HDC302x 系列 RH 传感器可以选择设置所需的加热器功率水平。如果不采取任何配置步骤，默认功率水平相对较低，而全功率设置则会最小化内部加热器电阻，从而最大限度提高产生的热量。对于采用 3.3V 电压的 HDC302x，全功率加热器设置通常为 249mW，最高可达 368mW。用户应验证使用加热器时电源以及 VDD/GND 走线能否承受高达 100mA 的电流。HDC302x 中的其他加热器功率设置会降低最终达到的加热器温度，但这可能是可以接受的，具体取决于用户自己定义的 RH 漂移容差。此外，随着电源电压升高，加热器功率也会增加。在这种情况下，对于同一设计，采用较低的加热器功率设置来达到与 3.3V 全加热器功率相当的缓解效果可能更为合适。