CN108168724B - 一种新的ntc温度检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新的NTC温度检测方法及系统，本方法保证NTC采样电路在整个温度范围内的检测精度，对温度进行分段检测，即分为低温段和高温段，从而提高整个温度范围的检测精度。

Description

一种新的NTC温度检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电机温度检测领域，具体涉及一种新的NTC温度检测方法及系统。

背景技术

NTC热敏电阻具有电阻值温度特性波动小，温度变化响应快，灵敏度高等优点，但NTC电阻的线性度不好，目前的电桥法很难实现宽温度范围的高精度检测,通常保证了低温段的检测精度就很难保证高温段的检测精度,电桥法NTC温度检测电路，在温度线断线时的输出电压与低温(-40℃)时的输出电压差值很小，软件无法判断NTC开路故障，存在一定的功能缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种新的NTC温度检测方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明公开一种新的NTC温度检测方法，所述方法步骤如下：1)NTC电路低温段检测，根据小增益差分放大电路，低温检测公式：

其中A₀：差分放大增益；V_CC：检测电路供电；R1：分压电阻；R_NTC：NTC电阻；2)NTC电路高温段检测，根据大增益差分放大电路，高温段检测公式为：

其中A₁：差分放大增益；3)NTC电路开路检测，检测公式：

上述技术方案中，所述步骤1)，NTC热敏电阻负温度系数特性，低温段的阻值在几千欧到几百千欧，在R1阻值合适的情况下，低温段公式对应的电路作为检测电路，Vo0电压随着温度的升高而减小，高温段公式则近似为：V_O1＝A₁·V_CC。

上述技术方案中，所述步骤2)，高温段的阻值在几百欧到几千欧，高温段公式对应的电路作为检测电路，低温段则近似为：V_O0＝A₀·V_CC。

上述技术方案中，所述步骤1)，差分电路的输入阻抗需满足以下两个公式：R_in0＞＞R1，R_in1＞＞R_NTC(max)，其中R_in0：差分放大器0的输入阻抗；R_in1：差分放大器1的输入阻抗；R_NTC(max)：NTC电阻最大值；

所述步骤2)中，差分电路的输入阻抗需满足以下两个公式：R_in0＞＞R1，R_in1＞＞R_NTC(max)。

上述技术方案中，所述步骤3)，NTC开路时，差分放大电路0的输出电压Vo0为0，差分放大电路1的输出电压Vo1为Vcc*A1。

本发明还公开一种新的NTC温度检测系统，所述系统包括以下模块：低温段检测模块、高温段检测模块以及断路检测模块；低温段检测模块，根据小增益差分放大电路，低温检测公式：

其中A₀：差分放大增益；V_CC：检测电路供电；R1：分压电阻；R_NTC：NTC电阻；高温段检测模块，根据大增益差分放大电路，高温段检测公式为：

其中A₁：差分放大增益；开路检测模块，检测公式：

在上述技术方案中，所述低温段检测模块，NTC热敏电阻负温度系数特性，低温段的阻值在几千欧到几百千欧，在R1阻值合适的情况下，低温段公式对应的电路作为检测电路，Vo0电压随着温度的升高而减小，高温段公式则近似为：V_O1＝A₁·V_CC。

在上述技术方案中，所述高温段检测模块，高温段的阻值在几百欧到几千欧，高温段公式对应的电路作为检测电路，低温段则近似为：V_O0＝A₀·V_CC。

在上述技术方案中，所述低温段检测模块，差分电路的输入阻抗需满足以下两个公式：R_in0＞＞R1，R_in1＞＞R_NTC(max)，其中R_in0：差分放大器0的输入阻抗；R_in1：差分放大器1的输入阻抗；R_NTC(max)：NTC电阻最大值；

所述高温段检测模块中，差分电路的输入阻抗需满足以下两个公式：R_in0＞＞R1，R_in1＞＞R_NTC(max)。

在上述技术方案中，所述开路检测模块，NTC开路时，差分放大电路0的输出电压Vo0为0，差分放大电路1的输出电压Vo1为Vcc*A1。

本发明提供一种新的NTC温度检测方法及系统，具有以下有益效果：采用此种温度检测方法，大大提高了整个温度范围的检测精度，同时具备开始检测功能。

附图说明

图1为本发明一种新的NTC温度检测方法及系统温度-电阻曲线示意图；

图2为本发明一种新的NTC温度检测方法及系统采样电路图

图3为本发明一种新的NTC温度检测方法及系统低温段检测曲线图

图4为本发明一种新的NTC温度检测方法及系统高温段检测曲线图

图5为本发明一种新的NTC温度检测方法及系统NTC开路检测电路图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述

如图1所示，NTC温度-电阻特性曲线中，曲线的线性度很不理想，低温段阻值随温度变化幅度较大，高温段阻值随温度的变化幅度很小，通用的电桥法在保证了低温段的检测精度后，高温段的检测增量将很小。为了保证NTC采样电路如图2所示在整个温度范围内的检测精度。公开一种新的NTC温度检测方法，所述方法步骤如下：

1)NTC低温段检测；

低温段采用小增益差分放大电路；

其中，低温段检测公式：

高温段检测公式：

A₀、A₁：差分放大增益；V_CC：检测电路供电；R1：分压电阻；R_NTC：NTC电阻。

NTC热敏电阻具有负温度系数特性，低温段的阻值一般在几千欧到几百千欧，高温段的阻值则只有几百欧到几千欧，具体为低温段-40℃～100℃，阻值变化为1.095千欧～241.1千欧，高温段100℃～200℃，阻值变化为0.120千欧～1.095千欧。例如SEMITEC公司生产的型号为103NT-4的热敏电阻即为-40℃的电阻值241.1千欧，181℃的电阻值为0.176千欧。

公式中分压电阻R1的取值需折中考虑，保证两路检测处理后的电压值尽量满足更宽的AD电压范围，两个差分电路的输入阻抗需满足公式(3)、公式(4)，从而保证更高的检测精度。

其中，R_in0＞＞R1-------------(3)

R_in1＞＞R_NTC(max)----------(4)

R_in0：差分放大器0的输入阻抗；

R_in1：差分放大器1的输入阻抗；

R_NTC(max)：NTC电阻最大值。

具体的，低温时NTC电阻阻值很大，在R1阻值合适的情况下，公式(1)对应的电路作为检测电路，此时的Vo0电压随着温度的升高而减小，公式(2)则可近似为：

V_O1＝A₁·V_CC-------------(5)

低温段检测曲线如图3所示，由于差分放大器增益A1较大，放大器为饱和输出，进AD口前需要做钳位处理，CPU可以通过判断ADCIN2的状态为满量程，将ADCIN1的AD电压处理后得到低温段的温度值。

2)NTC高温段检测；

高温时NTC电阻阻值很小，此时公式(2)对应的电路作为检测电路，Vo1电压满足AD电压范围，而Vo0电压将达到AD检测的量程，由后级钳位电路将电压钳在允许的范围内，公式(1)则可近似为：

V_O0＝A₀·V_CC-----------------------(6)

高温检测曲线如图4所示,CPU可以通过判断ADCIN1的状态为满量程，将ADCIN2的AD电压处理后得到高温段的温度值。

3)NTC断路检测

电桥法NTC温度检测电路，在温度线断线时的输出电压与低温(-40℃)时的输出电压差值很小，软件无法判断NTC开路故障，存在一定的功能缺陷，本发明NTC检测方法改善了上述缺陷，具备检测开路故障的功能，如图5所示。

NTC开路时，差分放大电路0的输出电压Vo0为0，差分放大电路1的输出电压Vo1为Vcc*A1，钳位后为AD检测的满量程电压。只要满足以下公式(7)即可判断NTC开路。

本发明还公开一种新的NTC温度检测系统，所述系统包括以下模块：低温段检测模块、高温段检测模块以及断路检测模块；

低温段检测模块，采用是小增益差分放大电路，低温检测公式：

其中A₀：差分放大增益；V_CC：检测电路供电；R1：分压电阻；R_NTC：NTC电阻；

高温段检测模块，采用是大增益差分放大电路，高温段检测公式为：

其中A₁：差分放大增益；

开路检测模块，检测公式：

其中，所述低温段检测模块，NTC热敏电阻负温度系数特性，低温段的阻值在几千欧到几百千欧，在R1阻值合适的情况下，低温段公式对应的电路作为检测电路，Vo0电压随着温度的升高而减小，高温段公式则近似为：V_O1＝A₁·V_CC。

其中，所述高温段检测模块，高温段的阻值在几百欧到几千欧，高温段公式对应的电路作为检测电路，低温段则近似为：V_O0＝A₀·V_CC。

其中，所述低温段或高温段检测模块中，两个差分电路的输入阻抗需满足以下两个公式：R_in0＞＞R1，R_in1＞＞R_NTC(max)，其中R_in0：差分放大器0的输入阻抗；R_in1：差分放大器1的输入阻抗；R_NTC(max)：NTC电阻最大值。

其中，所述开路检测模块中，NTC开路时，差分放大电路0的输出电压Vo0为0，差分放大电路1的输出电压Vo1为Vcc*A1。

以上系统实施例与方法实施例是一一对应的，系统实施例简略之处，参见方法实施例即可。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于NTC温度检测系统的NTC温度检测方法，其特征在于：建立一种NTC温度检测系统，所述NTC温度检测系统包括：分压电阻R₁、NTC热敏电阻R_NTC、小增益差分放大器0及大增益差分放大器1，所述分压电阻R₁的一端接电源V_CC，所述分压电阻R₁的另一端连接NTC热敏电阻R_NTC，所述NTC热敏电阻R_NTC的另一端接地；

所述分压电阻R₁的两端分别与所述小增益差分放大器0的两个输入端相连接，所述NTC热敏电阻R_NTC的两端分别与所述大增益差分放大器1的两个输入端相连接，所述小增益差分放大器0和大增益差分放大器1的输出端通过钳位处理分别与CPU的ADCIN1和ADCIN2端口相连接；

所述小增益差分放大器0和大增益差分放大器1的输入阻抗分别需满足以下两个公式：R_in0＞＞R₁，R_in1＞＞R_NTC(max)，其中R_in0为：小增益差分放大器0的输入阻抗；R_in1为：大增益差分放大器1的输入阻抗；R_NTC(max)为：NTC热敏电阻最大值；

所述NTC温度检测系统分为：低温段检测模块、高温段检测模块以及断路检测模块，所述低温段检测模块包括：分压电阻R₁和小增益差分放大器0，所述高温段检测模块包括：NTC热敏电阻 R_NTC和大增益差分放大器1，所述断路检测模块包括：分压电阻R₁、NTC热敏电阻R_NTC、小增益差分放大器0和大增益差分放大器1；

所述低温段检测模块用于低温段温度检测，所述低温段温度检测公式为：

，

其中 V_O0为：小增益差分放大器0的输出电压，A₀为：小增益差分放大器0的放大倍数，V_CC为：检测电路电源，R₁为：分压电阻；R_NTC为：NTC热敏电阻；

所述高温段检测模块用于高温段温度检测，所述高温段温度检测公式为：

，

其中 V_O1为：大增益差分放大器1的输出电压，A₁为：差分放大器1的放大倍数；

所述断路检测模块用于开路检测，当NTC电路为开路时，小增益差分放大器0的输出电压V₀₀为0，大增益差分放大器1的输出电压V₀₁为V_CC*A₁。

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