CN104115085B - 用于使用单线路耦接的双热敏电阻器操作的复用器电路 - Google Patents

用于使用单线路耦接的双热敏电阻器操作的复用器电路 Download PDF

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Abstract

提供一种时间复用热感测电路，用于在单个线路电耦接上的两个热敏电阻器的控制和感测。所述电路可以包括：第一二极管，其基于对于感测节点所应用的电压的极性而有选择地将第一热敏电阻器与感测节点耦接或隔离。所述电路可以还包括：第二二极管，基于对于感测节点的所应用的电压的极性而有选择地将第二热敏电阻器与感测节点耦接或隔离，从而仅所述热敏电阻器在任何时间被耦接到所述感测节点。

Description

用于使用单线路耦接的双热敏电阻器操作的复用器电路
相关申请的交叉引用
本申请要求题为“MULTIPLEXER CIRCUIT FOR DUAL THERMISTOR OPERATION USING A SINGLE LINE COUPLING”的于2012年2月16日提交的美国专利申请No.13/398,256的优先权，其完整内容被通过引用合并到此。
技术领域
本申请涉及双热敏电阻器的时间复用操作，并且特别是涉及使用用于热敏电阻器的控制和感测的单线路电耦接的双热敏电阻器的时间复用操作。
背景技术
高亮度LED的开发已经导致在各种应用和照明器具中使用这样的设备。通常，基于LED的灯以与白炽灯或气体放电灯根本上不同的方式操作，并且因此可能使用定制为根据LED的要求而将电力传递到LED的驱动器电路。用于基于LED的灯的驱动器电路通常将交流（AC）输入（诸如120V/60Hz线路输入）转换为用于驱动基于LED的灯的稳定直流（DC）电压。在一些应用（例如汽车应用）中，驱动器电路将DC输入（诸如来自12V电池）转换为在不同电平的稳定DC电压，以驱动基于LED的灯。
LED一般安装在热衬底上，热衬底进而电耦接到可以位于分离的模块上的驱动器电路。除了安装电路之外，热衬底可以还包括一个或更多个热敏电阻器，所述一个或更多个热敏电阻器用于监控温度并且将反馈提供给驱动器，这是为了将电力并且因此将温度限制或调节到想要的操作范围。在很多应用中，驱动器模块与热衬底之间的连接器是预定义的类型或规范，并且连接器管脚的数目可能被限制。在这些情况下，可能难以容纳将被典型地需要用来监控第二热敏电阻器的额外的电连接。
对于该问题的一种解决方案是在热衬底上采用附加的或中间的电路板组件以激励并且监控多个热敏电阻器，并且然后在到驱动器模块的单个可用的电线路上将合成信号传送回驱动器模块。然而，该方法遭受附加的成本、复杂性或大小的缺点的困扰。
附图说明
应参照应当结合下面各图阅读的下面的详细描述，在各图中，同样的标号表示同样的部分：
图1是符合本公开的系统的一个示例性实施例的框图；
图2是符合本公开的系统的另一示例性实施例的框图；
图3是符合本公开的双复用热敏电阻器电路的一个示例性实施例的框图；
图4是符合本公开的双复用热敏电阻器电路的一个示例性实施例的示意图；以及
图5是符合本公开的一个示例性方法的框流程图。
具体实施方式
通常，本公开提供用于在单个电线路或耦接上实现双热敏电阻器的时间复用操作的电路和方法。热敏电阻器连同相关联的选择电路一起可以位于用于基于LED的灯的热衬底上。复用器和感测电路可以连同LED驱动器电路一起位于分离的模块上。驱动器模块与热衬底之间的电耦接可以为了控制并且感测两个热敏电阻器的目的而提供单个线路。热衬底上的选择电路可以包括两个二极管，每个二极管与热敏电阻器中的一个关联。二极管可以被配置为：基于应用到感测节点的控制电压的极性而有选择地将关联的热敏电阻器与共享的感测节点隔离或耦接。驱动器模块上的复用器电路可以生成控制电压，并且驱动器模块上的感测电路可以监控感测节点。
现在转到图1，图1中提供符合本公开的系统100的一个示例性实施例的简化框图。通常，系统包括符合本公开的控制/感测电路102，用于选择、激励并且感测热敏电阻器。控制/感测电路102可以耦接到两个热敏电阻器：热敏电阻器1 106和热敏电阻器2 108。可以通过复用器电路104来实现耦接，复用器电路104使得控制/感测电路102能够通过单个共享的电线路电耦接到热敏电阻器106、108。
热敏电阻器是取决于温度而展现可变化的电阻的电部件。通过利用已知的电压来激励热敏电阻器并且然后测量或感测电流，可以确定热敏电阻器的电阻，并且因此测量温度。替换地，可以应用已知的电流，并且可以测量电压，以确定热敏电阻器的电阻。一些热敏电阻器可以具有正温度系数，其中，电阻随着温度增加而增加，而其它热敏电阻器可以具有负温度系数，其中，电阻随着温度下降而增加。一些热敏电阻器操作在线性模式下，其中，电阻与温度之间的关系可以是线性或近似线性的。一些热敏电阻器展现出更复杂的电阻与温度之间的关系，在此情况下，可以采用预定校准曲线来基于电阻测量而确定温度。
图2是符合本公开的系统的另一示例性实施例的框图。如所示那样，基于LED的灯组件202可以包括LED驱动器模块204和热衬底206，在热衬底206上布置很多个的（多个）LED 208。通常，虽然其它配置也是可能的，但LED驱动器模块204可以包括用以将交流（AC）输入（诸如120V/60Hz线路输入）转换为用于驱动（多个）LED 208的稳定直流（DC）电压的电路。LED驱动器模块204可以还包括控制/感测电路102和复用器电路104。热衬底206为（多个）LED 208提供热量耗散平台，并且可以还包括如下电路，该电路包括热敏电阻器106和108以及要在以下更详细讨论的其它部件。热敏电阻器106、108可以被监控，以确定热衬底206和/或（多个）LED 208的温度。在一些实施例中，可以基于所监控的温度来调整由LED驱动器模块204传递到（多个）LED 208的电力的电平，以将系统维持在想要的操作温度范围内。
LED驱动器模块204与热衬底206之间的电连接可以包括电线路或管脚，其数目可能被限制。复用器电路104允许在单个线路或管脚210上控制并且感测两个热敏电阻器106、108，如以下将更详细地描述的那样，造成被限制的可用连接的更高效利用。
图3是概念性图解符合本公开的双复用热敏电阻器电路的一个示例性实施例的电路框图300。虽然不要求控制电路302和感测电路304是分离的，但为了描述的清楚，控制/感测电路102被示出为包括分离的控制电路302和感测电路304。在一些实施例中，控制电路302和感测电路304可以被实现为微处理器，微处理器可以还包括模数转换器。
还示出复用器电路104，其包括正电压源306、负电压源308还有可控制开关310和316以及电阻器312和314。在一些实施例中，可控制开关310和316可以是晶体管（诸如例如双极结型晶体管（BJT）或场效应晶体管（FET））。热衬底206还被示出为包括热敏电阻器106和108、二极管318和320以及感测节点322。复用器电路104通过单个电耦接线路210耦接到热衬底206的感测节点322。
控制电路302可以被配置为：通过分别通过可控制开关310或316的任一个的操作而有选择地将正电压源306或负电压源308的任一个耦接到感测节点322来选择热敏电阻器106、108的任一个用于激励和测量。例如，当开关310闭合（在导通状态下）并且开关316打开（在非导通状态下）时，正电压可以被应用到感测节点322。在该条件下，二极管318可以把热敏电阻器106与感测节点322隔离，而二极管320可以将热敏电阻器108耦接到感测节点322，有效地选择热敏电阻器108用于激励和测量。在该情况下，电阻器312和热敏电阻器108可以操作为正电压源306与大地之间的电压分压器。由感测电路304在感测节点322处对电压VSENSE的测量允许确定热敏电阻器108的电阻，并且因此确定与热敏电阻器108关联的温度。
替换地，当开关310打开（在非导通状态下）并且开关316闭合（在导通状态下）时，负电压可以被应用到感测节点322。在该条件下，二极管318可以将热敏电阻器106耦接到感测节点322，而二极管320可以把热敏电阻器108与感测节点322隔离，有效地选择热敏电阻器106用于激励和测量。在该情况下，电阻器314和热敏电阻器106可以操作为负电压源306与大地之间的电压分压器。由感测电路304在感测节点322处对电压VSENSE的测量允许确定热敏电阻器106的电阻，并且因此确定与热敏电阻器106关联的温度。
因此，可以使用单个电连接—线路210—来完成在给定时间段期间选择用于激励的热敏电阻器以及测量所选择的热敏电阻器。在一些实施例中，附加的成对热敏电阻器可以被部署在热衬底206上，并且每一附加的成对热敏电阻器可以通过分离的附加电连接线路耦接到复用器电路104。
图4是符合本公开的双复用热敏电阻器电路400的一个示例性实施例的示意图。所图解的示例性实施例包括复用器电路104、热衬底206、电容器C1、二极管D1—D3、晶体管Q1—Q5、电阻器R1—R9、开关S1以及热敏电阻器Z1和Z2。在操作中，控制电路（其在一些实施例中可以是微处理器（未示出））拨转开关S1，以或者将+5伏特电力导轨（用于正模式操作）或者将大地（用于负模式操作）耦接到复用器电路104，以通过将晶体管Q1、Q2和Q4的栅极（或基极）驱动为高或低来控制复用器电路104的操作。控制电路也可以测量在VUPROCESSOR节点处的电压。在一些实施例中，这可以利用模数转换器来完成。
当在正模式下操作时，晶体管Q1的基极被驱动为高，这将Q1切换到非导通状态，这进而将晶体管Q5的栅极驱动为低，将Q5切换到非导通状态，将电阻器R7与电路去耦。晶体管Q2的栅极在正模式下也被驱动为高，将其切换到非导通状态，这有效地将电阻器R5与电路去耦。晶体管Q4的基极也被驱动为高，这将Q4切换到导通状态，这进而将晶体管Q3的栅极驱动为低，并且因此将Q3切换到导通状态。非导通状态下的晶体管Q2和Q5与导通状态下的晶体管Q3的这种组合创建从+5伏特电力导轨通过电阻器R4到感测节点322的路径，这在节点处应用正电压。在允许二极管D3耦接感测节点322与大地之间的热敏电阻器Z2的同时，在感测节点322处的正电压引起二极管D2将热敏电阻器Z1与感测节点322隔离。这有效地在+5伏特电力导轨与大地之间创建电压分压器R4/Z2。由于在温度范围上的R4电阻器的值和D3二极管的前向电压降的值是已知的，因此测量在感测节点322处的电压使得能够确定热敏电阻器Z2的电阻，并且因此确定关联的温度。等同地，控制电路可以测量在VUPROCESSOR节点处的电压，VUPROCESSOR节点通过已知的值的电阻器R6耦接到感测节点322。在正模式下操作的热敏电阻器Z2的值可以被估计为：
其中，ZUPROCESSOR >> R6并且Vsense = VUPROCESSOR。
当在负模式下操作时，晶体管Q1的基极被驱动为低，这将Q1切换到导通状态，这进而将晶体管Q5的栅极驱动为高，将其切换到导通状态。晶体管Q2的栅极在负模式下也被驱动为低，将其切换到导通状态，这在+5伏特电力导轨与-5伏特电力导轨之间创建由电阻器R5、R6和R7构成的串联电阻网络。晶体管Q4的基极也被驱动为低，这将Q4切换到非导通状态，这进而将晶体管Q3的栅极驱动为高，并且因此将Q3切换到非导通状态。导通状态下的晶体管Q2和Q5与非导通状态下的晶体管Q3的这种组合创建从-5伏特电力导轨通过电阻器R7到感测节点322的路径，这在该节点处应用负电压。在允许二极管D2耦接感测节点322与大地之间的热敏电阻器Z1的同时，在感测节点322处的负电压引起二极管D3将热敏电阻器Z2与感测节点322隔离。这有效地在-5伏特电力导轨与大地之间创建电压分压器R7/Z1。由于R7电阻器的值是已知的，因此测量在感测节点322处的电压使得能够确定热敏电阻器Z1的电阻，并且因此确定关联的温度。等同地，控制电路可以测量在VUPROCESSOR节点处的电压，VUPROCESSOR节点在电阻器R5和R6的接合处耦接到感测节点322。电阻器R5和R6可以可操作为电压分压器，该电压分压器被配置为：将处于负电压范围中的感测节点电压偏置或电平偏移到在可以由控制电路模数转换器更方便地测量的正电压范围中的VUPROCESSOR节点电压。在负模式下操作的热敏电阻器Z1的值可以被估计为：
针对于0 < VUPROCESSOR < (2.5-(VD3/2))
其中，R5 = R6并且R5 >> R7。
符合本公开的双复用热敏电阻器电路400可以被配置用于基于其各种电路部件的适当选择而利用多种输入电压进行操作。以下的表1标识在配置图4中所图解的实施例400中有用的电路部件的一个示例（电阻器值以欧姆为单位）：
表1
在优选实施例中，双复用热敏电阻器电路400具有+/-5伏特的输入电力导轨以及具有负温度系数的热敏电阻器Z1、Z2。
图5是符合本公开的用于控制并且感测两个热敏电阻器的一种方法500的框流程图。所图解的框流程图可以被示出并且描述为包括特定的步骤顺序。然而，应理解，步骤顺序仅提供可以如何实现在此所描述的通常功能的示例。各步骤不必须按所提出的顺序执行，除非另外指示。
在图5所图解的示例性实施例中，在第一时间段期间，正电压被应用到感测节点（502）。正电压应用有选择地通过第一二极管将第一热敏电阻器耦接到感测节点，并且有选择地通过第二二极管将第二热敏电阻器与感测节点隔离。在第二时间段期间，负电压被应用到感测节点（504）。负电压应用有选择地通过第一二极管将第一热敏电阻器与感测节点隔离，并且有选择地通过第二二极管将第二热敏电阻器耦接到感测节点。监控在感测节点处的电压（506）。确定基于在第一时间段期间所监控的电压的与第一有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度（508）。确定基于在第二时间段期间所监控的电压的与第二有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度（510）。
因此，符合本公开，提供了用于在单个电线路或耦接上实现双热敏电阻器的时间复用操作的电路和方法。热敏电阻器连同关联的选择电路一起可以位于用于基于LED的灯的热衬底中。复用器和感测电路可以连同LED驱动器电路一起位于分离的模块上。为了控制并且感测两个热敏电阻器的目的，驱动器模块与热衬底之间的电耦接可以提供单个线路。
根据本公开的一方面，提供了一种热感测电路。所述热感测电路包括：第一热敏电阻器；第一二极管，耦接在所述第一热敏电阻器与感测节点之间，所述第一二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的正电压而把所述第一热敏电阻器与所述感测节点隔离；第二热敏电阻器；以及第二二极管，耦接在所述第二热敏电阻器与感测节点之间，所述第二二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的负电压而把所述第二热敏电阻器与所述感测节点隔离。
根据本公开的另一方面，提供了一种基于LED的灯组件，包括：热衬底，包括第一热敏电阻器、第一二极管、第二热敏电阻器和第二二极管，所述第一二极管被配置为：响应于应用到感测节点的正电压而把所述第一热敏电阻器与感测节点隔离，所述第二二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的负电压而把所述第二热敏电阻器与所述感测节点隔离；基于LED的光源，布置在所述热衬底上；以及驱动器电路，被配置为：驱动所述基于LED的光源，所述驱动器电路包括：控制电路，被配置为：选择所述第一热敏电阻器和所述第二热敏电阻器之一；复用器电路，被配置为：将控制电压应用到所述感测节点，其中，所述控制电压的极性基于所述控制电路选择；以及感测电路，被配置为：监控在所述感测节点处的电压，并且确定与所述选择的热敏电阻器关联的温度。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于控制并且感测热敏电阻器的方法，所述方法包括：在第一时间段期间将正电压应用到感测节点，其中，所述正电压应用有选择地通过第一二极管将第一热敏电阻器耦接到所述感测节点，并且有选择地通过第二二极管来把第二热敏电阻器与所述感测节点隔离；在第二时间段期间将负电压应用到所述感测节点，其中，所述负电压应用有选择地通过所述第一二极管把所述第一热敏电阻器与所述感测节点隔离，并且有选择地通过所述第二二极管将所述第二热敏电阻器耦接到所述感测节点；监控在所述感测节点处的电压；基于在所述第一时间段期间所监控的电压来确定与所述第一有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度；并且基于在所述第二时间段期间所监控的电压来确定与所述第二有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度。
如在此的任何实施例中使用的那样，‌“电路‌”可以单独地或以任意的组合来包括例如硬连线电路、可编程电路、状态机电路和/或存储可编程电路所执行的指令的固件。
在此所使用的术语‌“耦接‌”提及一个系统元件所携带的信号传递到‌“耦接的‌”元件的任何连接、耦接、或链接等。这‌样的“耦接的‌”设备、或信号和设备并不一定直接彼此连接，并且可以通过可以操控或修改这样的信号的中间部件或设备而被分离。类似地，关于机械或物理连接或耦接而在此所使用的术语‌“连接的‌”或‌“耦接的‌”是相对术语，并且不要求直接的物理连接。
虽然已经在此描述了本发明的原理，但本领域技术人员应理解，该描述仅通过示例的方式作出而不作为关于本发明的范围的限制。除了在此所示出并且描述的示例性实施例之外，在本发明的范围内还可以预期其它实施例。本领域普通技术人员进行的修改和代替被认为在本发明的范围内，除了由下面的权利要求限制之外本发明的范围不受限制。

Claims (17)

1.一种热感测电路，所述电路包括：
第一热敏电阻器；
第一二极管，耦接在所述第一热敏电阻器与感测节点之间，所述第一二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的正电压而把所述第一热敏电阻器与所述感测节点隔离；
第二热敏电阻器；以及
第二二极管，耦接在所述第二热敏电阻器与所述感测节点之间，所述第二二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的负电压而把所述第二热敏电阻器与所述感测节点隔离，
其中，所述热感测电路被布置在热衬底中。
2.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一二极管的阳极耦接到所述第一热敏电阻器的第一端口，所述第一二极管的阴极耦接到所述感测节点，并且所述第一热敏电阻器的第二端口耦接到大地。
3.如权利要求2所述的电路，其中，所述第二二极管的阳极耦接到所述感测节点，所述第二二极管的阴极耦接到所述第二热敏电阻器的第一端口，并且所述第二热敏电阻器的第二端口耦接到所述大地。
4.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一热敏电阻器和所述第二热敏电阻器具有负温度系数。
5.一种基于LED的灯组件，包括：
热衬底，包括第一热敏电阻器、第一二极管、第二热敏电阻器和第二二极管，所述第一二极管被配置为：响应于应用到感测节点的正电压而把所述第一热敏电阻器与所述感测节点隔离，所述第二二极管被配置为：响应于应用到所述感测节点的负电压而把所述第二热敏电阻器与所述感测节点隔离；
基于LED的光源，布置在所述热衬底上；以及
驱动器电路，被配置为：驱动所述基于LED的光源，所述驱动器电路包括：
控制电路，被配置为：选择所述第一热敏电阻器和所述第二热敏电阻器之一；
复用器电路，被配置为：将控制电压应用到所述感测节点，其中，所述控制电压的极性基于所述控制电路选择；以及
感测电路，被配置为：监控在所述感测节点处的电压，并且确定与所述选择的热敏电阻器关联的温度。
6.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述复用器电路和所述感测电路共享到所述感测节点的公共电耦接。
7.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述驱动器电路基于所述确定的温度来调整至所述基于LED的光源的电力。
8.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，基于预先确定的校准数据来计算所述确定的温度，所述校准数据与热敏电阻器电压和温度有关。
9.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述感测电路包括：微处理器。
10.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述控制电路包括：微处理器。
11.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述第一二极管的阳极耦接到所述第一热敏电阻器的第一端口，所述第一二极管的阴极耦接到所述感测节点，并且所述第一热敏电阻器的第二端口耦接到大地。
12.如权利要求11所述的基于LED的灯组件，其中，所述第二二极管的阳极耦接到所述感测节点，所述第二二极管的阴极耦接到所述第二热敏电阻器的第一端口，并且所述第二热敏电阻器的第二端口耦接到所述大地。
13.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述第一热敏电阻器和所述第二热敏电阻器具有负温度系数。
14.如权利要求5所述的基于LED的灯组件，其中，所述感测电路监控偏置到正电压范围的在所述感测节点处的所述电压。
15.一种用于控制并且感测热敏电阻器的方法，所述方法包括：
在第一时间段期间将正电压应用到感测节点，其中，所述正电压应用有选择地通过第一二极管将第一热敏电阻器耦接到所述感测节点，并且有选择地通过第二二极管来把第二热敏电阻器与所述感测节点隔离；
在第二时间段期间将负电压应用到所述感测节点，其中，所述负电压应用有选择地通过所述第一二极管把所述第一热敏电阻器与所述感测节点隔离，并且有选择地通过所述第二二极管将所述第二热敏电阻器耦接到所述感测节点；
监控在所述感测节点处的电压；
基于在所述第一时间段期间所述所监控的电压来确定与所述第一有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度；
基于在所述第二时间段期间所述所监控的电压来确定与所述第二有选择地耦接的热敏电阻器关联的温度，以及
其中所述第一二极管、所述第一热敏电阻器、所述第二二极管以及所述第二热敏电阻器被布置在热衬底中。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：基于预先确定的校准数据来计算所述确定的温度，所述校准数据与热敏电阻器电压和温度有关。
17.如权利要求15所述的方法，还包括：基于所述确定的温度来调整至基于LED的光源的电力。
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