CN106885640A - 一种电机温度采样电路 - Google Patents
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Abstract
一种电机温度采样电路，包括：连接在内部电源和内部地之间的温度采样支路，其包括温度采样电阻、连接在温度采样电阻的第一端和内部电源之间第一分压电阻、连接在温度采样电阻的第二端和内部地之间第二分压电阻；两个采样预处理电路，分别连接温度采样电阻的第一端和第二端，分别用于采样温度采样电阻的第一端电压和第二端电压并进行预处理后输出；控制模块，用于根据预处理的第一端电压和第二端电压实时计算电机温度，以及在出现故障时根据第一端电压和第二端电压判断故障原因。本发明无需补偿开关导通压降，采样温度精度高；而且可以判断故障原因，有利于快速定位和解决问题；进一步的，设置至少一个分压开关电路，可实现分段式高精度温度采样。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机温度采样电路。
背景技术
目前，为了实现宽温度范围的高精度温度采样，需在不同温度段通过开关切换。这种方案存在以下问题：
(1)通常开关存在一定的导通压降，这一部分压降如果忽略，则会对温度采样精度产生影响；如果进行补偿，由于压降会根据温度、电流等情况进行变化，很难实现精确补偿；所以该开关通常使用低导通阻抗的MOS，但是此类MOS成本又较高；
(2)现有的温度检测电路，在任何故障情况下，都只会报温度检测故障，不利于快速定位和解决问题，因此在汽车电子等领域并不是很适合。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电机温度采样电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电机温度采样电路，包括：
连接在内部电源和内部地之间的温度采样支路，该温度采样支路包括温度采样电阻、连接在温度采样电阻的第一端和内部电源之间第一分压电阻、连接在温度采样电阻的第二端和内部地之间第二分压电阻；
两个采样预处理电路，该两个采样预处理电路的输入端分别连接温度采样电阻的第一端和第二端，分别用于实时采样温度采样电阻的第一端电压和第二端电压并进行预处理后输出；
控制模块，用于根据经两个采样预处理电路预处理的第一端电压和第二端电压实时计算电机温度，以及在出现故障时根据所述第一端电压和第二端电压判断故障原因。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述温度采样支路还包括至少一个分压开关电路，所述分压开关电路与控制模块连接，所述分压开关电路在闭合状态时呈开关特性，在打开状态时呈电阻特性；
所述控制模块用于将宽温度范围划分为至少两个温度区段，在电机温度升高的过程中，按照电机温度从一个温度区段进入下一个温度区段的时序，控制所述至少一个分压开关电路逐步从闭合状态切换至打开状态。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述分压开关电路包括相互并联的分压电阻和电子开关，所述开关的控制端连接至控制模块。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述电子开关为三极管，三极管的集电极和发射极之间连接分压电阻，三极管的基极连接至控制模块。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述内部电源为VCC；
控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压为零时，确认温度采样电阻的第一端或者第二端开路；
控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压介于0与VCC之间时，确认温度采样电阻的第一端与内部电源短接；
控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为0时，确认温度采样电阻的第一端与内部地短接；
控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为VCC时，确认温度采样电阻的第二端与内部电源短接；
控制模块在经预处理的第一端电压介于0与VCC之间，且经预处理的第二端电压为0时，确认温度采样电阻的第二端与内部地短接。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述控制模块包括：
电压差计算子模块，用于实时计算第一端电压和第二端电压之间的电压差；
温度采样电阻阻值计算子模块，用于根据所述电压差和第二分压电阻的阻值，或者根据所述电压差、第一分压电阻的阻值、内部电源的电压值，计算温度采样电阻的实时阻值；
电机温度计算子模块，用于根据所述实时阻值查询温度采样电阻的R-T曲线获取实时的电机温度。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述采样预处理电路包括与温度采样电阻的第一端或第二端连接的滤波电路，连接所述滤波电路和控制模块的阻抗隔离电路。
在本发明所述的电机温度采样电路中，滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，阻抗隔离电路包括运算放大器，温度采样电阻的第一端或第二端经由所述滤波电阻连接运算放大器的同相输入端以及经由所述滤波电容接地，运算放大器的异相输入端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端连接控制模块。
在本发明所述的电机温度采样电路中，所述电路还包括一个与温度采样电阻并联的滤波电容。
实施本发明的电机温度采样电路，具有以下有益效果：本发明直接采样温度采样电阻两端的电压，因此无需补偿开关导通压降，电机采样温度精度高；而且可以根据两端电压判断故障原因，有利于快速定位和解决问题；进一步的，设置至少一个分压开关电路，将宽温度范围划分为至少两个温度区段，在电机温度升高的过程中，按照电机温度从一个温度区段进入下一个温度区段的时序，控制所述至少一个分压开关电路逐步从闭合状态切换至打开状态，从而可以实现分段式高精度温度采样，且分压开关电路中的开关可以使用成本更低的三极管。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明电机温度采样电路的实施例一的结构示意图；
图2是本发明电机温度采样电路的实施例二的结构示意图；
图3是温度采样电阻RTemp与电压差V1-V2的关系曲线；
图4是本发明电机温度采样电路的实施例三的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。词语“相等”、“相同”、“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。例如电压为0指的是工程意义上的在可接受的误差范围内的接近零的电压值。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明总的思路是：温度采样电阻的两端分别经由分压电阻连接内部电源、内部地，且两端分别连接一个采样预处理电路，因此，这样既可以直接采样温度采样电阻两端的电压以计算温度，无需补偿开关导通压降，电机采样温度精度高，又可以根据两端电压判断故障原因，有利于快速定位和解决问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
参考图1，实施例一中，电机温度采样电路包括：
连接在内部电源VCC和内部地之间的温度采样支路，包括温度采样电阻Rtemp、连接在温度采样电阻Rtemp的第一端和内部电源VCC之间第一分压电阻R1、连接在温度采样电阻Rtemp的第二端和内部地之间第二分压电阻R2；
两个采样预处理电路，该两个采样预处理电路的输入端分别连接温度采样电阻的第一端和第二端，分别用于实时采样温度采样电阻的第一端电压和第二端电压并进行预处理后输出；
控制模块，连接两个采样预处理电路的输出端，用于根据输出的第一端电压和第二端电压实时计算电机温度，以及在出现故障时根据所述第一端电压和第二端电压判断故障原因。
优选的，温度采样电阻Rtemp并联了一个滤波电容C1。
其中，所述采样预处理电路包括与温度采样电阻Rtemp的第一端或第二端连接的滤波电路，连接所述滤波电路和控制模块的阻抗隔离电路。具体的，滤波电路包括滤波电容C2/C3和滤波电阻R4/R5，阻抗隔离电路包括运算放大器U1/U2，温度采样电阻Rtemp的第一端或第二端经由所述滤波电阻R4/R5连接运算放大器U1/U2的同相输入端以及经由所述滤波电容C2/C3接地，运算放大器U1/U2的异相输入端连接运算放大器U1/U2的输出端，运算放大器U1/U2的输出端连接控制模块。运算放大器U1、U2的输出端输出的电压V1、V2即为经过滤波隔离处理后的所述第一端电压和第二端电压。
当然可以理解的是，滤波电路、阻抗隔离电路并不限于本实施例所示，可以根据具体工况选择设计。
其中，所述的根据输出的第一端电压和第二端电压实时计算电机温度包括：
电压差计算子模块，用于实时计算第一端电压和第二端电压之间的电压差V1-V2；
温度采样电阻阻值计算子模块，用于根据所述电压差V1-V2和第二分压电阻R2的阻值，或者根据所述电压差V1-V2、第一分压电阻R1的阻值、内部电源VCC的电压值，计算温度采样电阻的实时阻值；
由于R1、Rtemp、R2串联，所以电流相等，流过第一分压电阻R1的电流为流过第二分压电阻R2的电流为流过温度采样电阻Rtemp的电流为因此：最终可以计算得到温度采样电阻Rtemp的实时阻值为：
或者
电机温度计算子模块，用于根据所述实时阻值查询温度采样电阻的R-T曲线获取实时的电机温度。
其中，所述内部电源为VCC；控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压为零时，确认温度采样电阻的第一端或者第二端开路；控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压介于0与VCC之间时，确认温度采样电阻的第一端与内部电源短接；控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为0时，确认温度采样电阻的第一端与内部地短接；控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为VCC时，确认温度采样电阻的第二端与内部电源短接；控制模块在经预处理的第一端电压介于0与VCC之间，且经预处理的第二端电压为0时，确认温度采样电阻的第二端与内部地短接。
如图中，将温度采样电阻Rtemp的第一端、第二端分别记为TempSensor_Signal、TempSensor_GND，则上述判断过程可以汇总如下表1，表中X表示介于0与VCC之间的电压值。
表1
可见，本实施例可以直接采样温度采样电阻两端的电压以计算温度，无需补偿开关导通压降，电机采样温度精度高。而且可以根据两端电压判断故障原因，可快速精确排查确认温度采样电阻所发生的故障原因，有利于快速定位和解决问题。
实施例二
参考图2，本实施例对实施例一进行了进一步的优化。为了实现宽温度范围内的高精度，本实施例中的温度采样支路还包括至少一个分压开关电路，所述分压开关电路与控制模块连接。所述分压开关电路包括相互并联的分压电阻和电子开关，所述开关的控制端连接至控制模块，所述分压开关电路在闭合状态时呈开关特性，在打开状态时呈电阻特性。
其中，控制模块将宽温度范围划分为至少两个温度区段，在电机温度升高的过程中，按照电机温度从一个温度区段进入下一个温度区段的时序，控制所述至少一个分压开关电路逐步从闭合状态切换至打开状态。例如，如将宽温度范围划分为以下温度区段：0-50，50-100，100-120，120-130等等。初始阶段将所有的分压开关电路关闭，即都出呈开关特性，在温度从0-50进入50-100时，打开第一个分压开关电路，该打开的分压开关电路呈电阻特性可以进行分压，当温度继续从50-100进入100-120时，打开第二个分压开关电路，以此类推。
本实施例中，分压开关电路为一个，所述电子开关优选为NPN型的三极管Q1，当然三极管的型号还可以是PNP型。三极管Q1的集电极和发射极之间连接分压电阻R3，三极管Q1的基极连接至控制模块。
需要注意的是，假如分压开关电路多于一个，则考虑到根据公式(1)或者(2)计算温度采样电阻Rtemp的实时阻值时，为了避免分压开关电路中的三极管的导通压降的影响，应该将所有的分压开关电路全部设置在温度采样电阻Rtemp的与内部电源VCC连接的一侧或者全部设置在温度采样电阻Rtemp的与内部地连接的一侧。如果全部设置在温度采样电阻Rtemp的与内部电源VCC连接的一侧，则可以根据公式(2)计算Rtemp的阻值。如果全部设置在温度采样电阻Rtemp的与内部地连接的一侧，则可以根据公式(1)计算Rtemp的阻值。本实施例中，分压开关电路设置在温度采样电阻Rtemp的与内部地连接的一侧，因此只能根据公式(1)计算Rtemp的阻值。
另外，本实施例中电阻R3和三极管Q1组成的分压开关电路与电阻R2的先后位置并无限制，分压开关电路也可以连接在R2和Rtemp之间。
本实施例实现宽温度范围的高精度检测的过程为：对于需要在宽范围获得更高精度的场合，以PTC(正温度系数温敏电阻)作为温度采样电阻Rtemp为例，当温度较低时，RTemp值较小，则TempSenor_uP置高，Q1导通；随着温度升高，TempSenor_uP置低，Q1关断，电阻R3接入温度采样支路进行分压。通过这种方式可以提高温度检测在全范围的精度，其RTemp与两端电压(V1-V2)关系曲线如图3所示，图中曲线掉落时刻即为三极管Q1打开、分压电阻R3接入的时刻，通这种切换，可以降低RTemp上的压降V1-V2，从而在根据公式(1)计算时，可以降低误差的影响，提高精度。而且RTemp阻值计算与三极管Q1的导通压降VCE无关，无需进行补偿。
实施例三
参考图4，本实施例与实施例二的不同在于分压开关电路的位置。实施例二中将分压开关电路设置在温度采样电阻Rtemp的与内部地连接的一侧，本实施例中将分压开关电路设置在温度采样电阻Rtemp的与内部电源VCC连接的一侧，因此本实施例中根据公式(2)计算Rtemp的阻值。
实施例二和实施例三都只给出了一个分压开关电路，实际上分压开关电路也可以是多个以对温度采样进行更多的分段处理，实现更高精度的温度采样。开关管Q1也可以使用MOSFET等开关器件替代。
本实施例的工作原理参考实施例二，此处不再赘述。
实施本发明的电机温度采样电路，具有以下有益效果：本发明直接采样温度采样电阻两端的电压，因此无需补偿开关导通压降，电机采样温度精度高；而且可以根据两端电压判断故障原因，有利于快速定位和解决问题；进一步的，设置至少一个分压开关电路，将宽温度范围划分为至少两个温度区段，在电机温度升高的过程中，按照电机温度从一个温度区段进入下一个温度区段的时序，控制所述至少一个分压开关电路逐步从闭合状态切换至打开状态，从而可以实现分段式高精度温度采样，且分压开关电路中的开关可以使用成本更低的三极管。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种电机温度采样电路，其特征在于，包括：
连接在内部电源和内部地之间的温度采样支路，该温度采样支路包括温度采样电阻、连接在温度采样电阻的第一端和内部电源之间第一分压电阻、连接在温度采样电阻的第二端和内部地之间第二分压电阻；
两个采样预处理电路，该两个采样预处理电路的输入端分别连接温度采样电阻的第一端和第二端，分别用于实时采样温度采样电阻的第一端电压和第二端电压并进行预处理后输出；
控制模块，用于根据经两个采样预处理电路预处理的第一端电压和第二端电压实时计算电机温度，以及在出现故障时根据所述第一端电压和第二端电压判断故障原因。
2.根据权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述温度采样支路还包括至少一个分压开关电路，所述分压开关电路与控制模块连接，所述分压开关电路在闭合状态时呈开关特性，在打开状态时呈电阻特性；
所述控制模块用于将宽温度范围划分为至少两个温度区段，在电机温度升高的过程中，按照电机温度从一个温度区段进入下一个温度区段的时序，控制所述至少一个分压开关电路逐步从闭合状态切换至打开状态。
3.根据权利要求2所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述分压开关电路包括相互并联的分压电阻和电子开关，所述开关的控制端连接至控制模块。
4.根据权利要求3所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述电子开关为三极管，三极管的集电极和发射极之间连接分压电阻，三极管的基极连接至控制模块。
5.根据权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述内部电源为VCC；
控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压为零时，确认温度采样电阻的第一端或者第二端开路；
控制模块在经预处理的第一端电压等于VCC，且经预处理的第二端电压介于0与VCC之间时，确认温度采样电阻的第一端与内部电源短接；
控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为0时，确认温度采样电阻的第一端与内部地短接；
控制模块在经预处理的第一端电压和第二端电压均为VCC时，确认温度采样电阻的第二端与内部电源短接；
控制模块在经预处理的第一端电压介于0与VCC之间，且经预处理的第二端电压为0时，确认温度采样电阻的第二端与内部地短接。
6.根据权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述控制模块包括：
电压差计算子模块，用于实时计算第一端电压和第二端电压之间的电压差；
温度采样电阻阻值计算子模块，用于根据所述电压差和第二分压电阻的阻值，或者根据所述电压差、第一分压电阻的阻值、内部电源的电压值，计算温度采样电阻的实时阻值；
电机温度计算子模块，用于根据所述实时阻值查询温度采样电阻的R-T曲线获取实时的电机温度。
7.根据权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述采样预处理电路包括与温度采样电阻的第一端或第二端连接的滤波电路，连接所述滤波电路和控制模块的阻抗隔离电路。
8.根据权利要求7所述的电机温度采样电路，其特征在于，滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，阻抗隔离电路包括运算放大器，温度采样电阻的第一端或第二端经由所述滤波电阻连接运算放大器的同相输入端以及经由所述滤波电容接地，运算放大器的异相输入端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端连接控制模块。
9.根据权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述电路还包括一个与温度采样电阻并联的滤波电容。
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