CN113091929B - 一种电机温度采样电路及其故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用电机领域，提供了一种电机温度采样电路，该电机温度采样电路包括温度传感器电压采样电路、偏置电压电路、差分比例运算放大电路、以及故障检测电路，温度传感器电压采样电路中温度传感器的输出端分别与故障检测电路和差分比例运算放大电路的输入端相连，偏置电压电路的输出端与差分比例运算放大电路的输入端相连，温度传感器电压采样电路用于获取温度传感器输出电压，偏置电压电路用于获取温度传感器在预设测量温度下产生的偏置电压，差分比例运算放大电路用于获取电机温度，故障检测电路用于检测温度传感器是否故障，从而增大了采样电压的输出范围，提高了采样温度精度和温度传感器故障检测的便利性、及时性、以及准确性。

Description

一种电机温度采样电路及其故障检测方法

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种电机温度采样电路及其故障检测方法。

背景技术

面对日趋严峻的能源与环境问题，低碳经济已成为各国未来发展的主要方向，在此背景下，电动汽车应运而生，电动汽车在行驶过程中具有无尾气排放、能量效率高、噪声低、可回收利用能量多等优点，电动汽车的发展可有效解决交通能源消耗和环境污染问题。然而，电动汽车在运行过程中，电机驱动系统会产生大量热量，导致电机温度过高，而电机又是电动汽车的关键零部件之一，若不及时对电机进行冷却，以将电机的温度控制在一定的温度值以下，则会对其本体产生严重危害，甚至会影响行车安全。

目前采用的是通过电机温度采样电路来及时获取电机当前温度，以将电机温度控制在正常范围，基于温度传感器电阻值随温度变化而变化的特性，在传统的电机温度采样电路中，通常将温度传感器与一个电阻串联以组成分压电路，当温度传感器的电阻值随温度发生变化时，温度传感器与串联电阻之间的电压值将随之发生变化，通过对该电压值进行采样能够计算出温度传感器的电阻值，然后根据温度传感器电阻值即可推算出电机温度值，然而，上述电机温度采样电路采用的是温度传感器与电阻串联的分压采样方式，采样电压与温度传感器电阻值是指数关系，导致电机温度检测在部分温度区间采样电压变化较小，精度较差，且目前常用的电机温度传感器有PT100、PT1000、NTC等，由于传感器的多样性，导致分压采样方式的电机温度采样电路无法在保证采样精度的情况下采集多种温度传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机温度采样电路及其故障检测方法，旨在解决由于现有技术导致的电机温度检测在部分温度区间采样电压变化较小、精度较差的问题。

一方面，本发明提供了一种电机温度采样电路，包括温度传感器电压采样电路、偏置电压电路、差分比例运算放大电路、以及故障检测电路，其特征在于，所述温度传感器电压采样电路中温度传感器的输出端分别与所述故障检测电路的输入端和所述差分比例运算放大电路的输入端相连，所述偏置电压电路的输出端与所述差分比例运算放大电路的输入端相连，所述温度传感器电压采样电路用于获取所述温度传感器的输出电压，所述偏置电压电路用于获取所述温度传感器在预设测量温度下产生的偏置电压，所述差分比例运算放大电路用于获取电机温度，所述故障检测电路用于检测所述温度传感器是否故障。

优选地，所述温度传感器电压采样电路由所述温度传感器、第一三端稳压管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一MOS管、以及第二MOS管组成，其中，所述温度传感器并联在所述第一三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第一电阻和所述第一MOS管串联后并联在所述第一三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第二电阻和所述第二MOS管串联后并联在所述第一三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第一三端稳压管的阳极接地，所述第三电阻连接在供电电源与所述温度传感器之间。

优选地，所述偏置电压电路由第二三端稳压管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、以及第八电阻组成，其中，所述第三MOS管和所述第四电阻串联后并联在所述第二三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第四MOS管和所述第五电阻串联后也并联在所述第二三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第二三端稳压管的阳极接地，所述第五MOS管和所述第六电阻串联后并联在所述第二三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第六MOS管和所述第七电阻串联后也并联在所述第二三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第八电阻连接在供电电源与所述第二三端稳压管的阴极之间。

优选地，所述第一电阻和所述第四电阻的电阻值相同，所述第二电阻和所述第五电阻的电阻值相同，所述第三电阻和所述第八电阻的电阻值相同。

优选地，所述差分比例运算放大电路由第一运算放大器、第一电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、以及第十三电阻组成，其中，所述第九电阻的第一端与所述温度传感器电压采样电路中所述温度传感器的输出端相连，所述第九电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第十电阻连接在所述第九电阻的第二端与地之间，所述第十一电阻的第一端与所述偏置电压电路的输出端相连，所述第十一电阻的第二端与所述第一运算放大器的反向输入端相连，所述第十二电阻并联在所述第十一电阻的第二端和所述第一运算放大器的输出端之间，所述第十三电阻和所述第一电容串联在所述第一运算放大器的输出端后，且所述第一电容一端接地。

优选地，所述第九电阻和所述第十一电阻的电阻值相同，所述第十电阻和所述第十二电阻的电阻值相同。

优选地，所述差分比例运算放大电路的输出端还连接有由两个二极管构成的钳位电路，且所述钳位电路与所述第一电容并联。

优选地，所述故障检测电路由第二运算放大器、第二电容、第十四电阻、以及第十五电阻组成，所述第二运算放大器的同相输入端与所述温度传感器电压采样电路中所述温度传感器的输出端相连，所述第二运算放大器的反向输入端与其输出端相连，所述第十四电阻和所述第十五电阻依次串联在所述第二运算放大器的输出端，所述第十五电阻和所述第二电容并联后接地。

另一方面，本发明提供了一种电机温度采样电路的故障检测方法，所述方法包括下述步骤：

根据所述温度传感器电压采样电路获取所述温度传感器的第一输出电压；

将所述第一输出电压输入所述故障检测电路后，获取所述故障检测电路的第二输出电压；

根据所述第二输出电压确定所述温度传感器的状态，并根据所述状态得到所述电机温度采样电路的故障检测结果，其中，所述状态包括正常、短路、以及断路。

优选的，根据所述温度传感器电压采样电路获取所述温度传感器的第一输出电压的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述温度传感器的型号控制所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管、以及所述第六MOS管的开关状态。

本发明的电机温度采样电路包括温度传感器电压采样电路、偏置电压电路、差分比例运算放大电路、以及故障检测电路，温度传感器电压采样电路中温度传感器的输出端分别与故障检测电路的输入端和差分比例运算放大电路的输入端相连，偏置电压电路的输出端与差分比例运算放大电路的输入端相连，温度传感器电压采样电路用于获取温度传感器输出电压，偏置电压电路用于获取温度传感器在预设测量温度下产生的偏置电压，差分比例运算放大电路用于获取电机温度，故障检测电路用于检测温度传感器是否故障，从而增大了采样电压的输出范围，提高了采样温度精度和温度传感器故障检测的便利性、及时性、以及准确性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电机温度采样电路的结构图；

图2是本发明实施例二提供的电机温度采样电路的结构图；以及

图3是本发明实施例三提供的电机温度采样电路的故障检测方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的电机温度采样电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供了一种电机温度采样电路1，电机温度采样电路1包括温度传感器电压采样电路11、偏置电压电路12、差分比例运算放大电路13、以及故障检测电路14，其中，温度传感器电压采样电路11中温度传感器的输出端分别与故障检测电路14的输入端和差分比例运算放大电路13的输入端相连，偏置电压电路12的输出端与差分比例运算放大电路13的输入端相连，温度传感器电压采样电路11用于获取该电路中温度传感器的输出电压，偏置电压电路12用于获取温度传感器在预设测量温度下产生的偏置电压，从而使得差分比例运算放大电路13输出的目标电压在测温范围内从0开始，增大目标电压的输出范围，差分比例运算放大电路13用于根据温度传感器电压采样电路11输出的温度传感器输出电压和偏置电压电路12输出的偏置电压计算得到目标电压，再根据该目标电压得到对应的电机温度，从而通过将温度传感器的输出电压与偏置电压结合，有效增大目标电压的输出范围，提高了目标电压的采样量程和采样精度，故障检测电路14用于检测温度传感器是否故障，从而提高了温度传感器故障检测的便利性、及时性、以及准确性。

实施例二：

图2示出了本发明实施例二提供的电机温度采样电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供了一种电机温度采样电路，该电机温度采样电路包括温度传感器电压采样电路、偏置电压电路、差分比例运算放大电路、以及故障检测电路。

在本发明实施例中，温度传感器电压采样电路由温度传感器RT、第一三端稳压管U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R6、第一MOS管Q1、以及第二MOS管Q2组成，其中，RT并联在U1的参考极(即引脚2)和阴极(即引脚1)之间，R1和Q1串联后并联在U1的参考极和阳极(即引脚3)之间，R2和Q2串联后也并联在U1的参考极和阳极之间，U1的阳极接地，R6连接在供电电源与RT之间。该温度传感器电压采样电路用来采集RT两端的输出电压V1。

优选地，第一三端稳压管U1的型号为TL431BQDZRQ1(简称TL431)，从而根据TL431参考极能稳定输出2.5V电压、且参考极输入电流极小(0～4微安(uA))的特性，该电流相对于流过RT的电流可忽略不计，使得输入R1或者R2的电流和输入RT的电流相等，得到在Q1导通Q2断开时

或者在Q2导通Q1断开时

实现RT两端的V1电压值与RT的阻值为线性关系。

在本发明实施例中，偏置电压电路由第二三端稳压管U2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第四电阻R11、第五电阻R12、第六电阻RT(-40)、第七电阻RT1(-40)、以及第八电阻R16组成，其中，U2的型号也为TL431BQDZRQ1，Q3和R11串联后并联在U2的参考极和阳极之间，Q4和R12串联后也并联在U2的参考极和阳极之间，U2的阳极接地，Q5和RT(-40)串联后并联在U2的参考极和阴极之间，Q6和RT1(-40)串联后也并联在U2的参考极和阴极之间，R16连接在供电电源与U2的阴极之间。该偏置电压电路用来产生一个根据测量范围可调的偏置电压V2，使采样电压(即差分比例运算放大电路输出的目标电压)在测量范围内从0开始，且在Q3、Q5导通，Q4、Q6断开时，根据该偏置电压电路可以得到

优选地，温度传感器电压采样电路中的第一电阻R1、第二电阻R2、以及第三电阻R6分别和偏置电压电路中第四电阻R11、第五电阻R12、第八电阻R16的电阻值相同，由此可以得到

优选地，根据采集的温度传感器的类型和测温范围确定第六电阻RT(-40)或第七电阻RT1(-40)。作为示例地，当测温范围是-40℃～200℃时，温度传感器阻值最小时对应-40℃，若温度传感器可为PT100或PT1000，在将RT(-40)确定为与PT100在-40℃时对应的阻值相同的电阻时，RT1(-40)则为与PT1000在-40℃时对应的阻值相同的电阻。

优选地，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6为N型MOS管，用于根据各MOS管开关来控制电路的状态，以进行不同类型温度传感器采样，从而在保证采样精度的情况下，兼容采集不同类型的温度传感器，提高了电路的可扩展性。作为示例地，当温度传感器类型为PT100时，控制Q1、Q3、Q5导通，Q2、Q4、Q6断开，当温度传感器类型为PT1000时，控制Q2、Q4、Q6导通，Q1、Q3、Q5断开。

在本发明实施例中，差分比例运算放大电路由第一运算放大器U3、第一电容C1、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R7、第十二电阻R8、以及第十三电阻R5组成，其中，R9的第一端与温度传感器电压采样电路中温度传感器RT的输出端相连，R9的第二端与U3的同相输入端相连，R10连接在R9的第二端与地之间，R7的第一端与偏置电压电路的输出端相连，R7的第二端与U3的反向输入端相连，R8并联在R7的第二端和U3的输出端之间，R5和C1串联在U3的输出端后，且C1一端接地。差分比例运算放大电路用来对V1和V2之间的差值进行放大，放大比例为

得到输出电压

最后根据V0电压值的大小来获取温度传感器采集的温度，也即电机温度。

优选地，第九电阻R9和第十一电阻R7的电阻值相同，第十电阻R10和第十二电阻R8的电阻值相同。

优选地，差分比例运算放大电路的输出端还连接有由两个二极管构成的钳位电路D1，且该钳位电路与第一电容C1并联,用于对VO的电压进行钳位，以将V0限制在预设电压范围内。

在本发明实施例中，故障检测电路由第二运算放大器U4、第二电容C2、第十四电阻R3、以及第十五电阻R4组成，其中,U4的同相输入端与温度传感器电压采样电路中温度传感器RT的输出端相连，U4的反向输入端与其输出端相连，R3和R4依次串联在U4的输出端，R4和C2并联后接地。该故障检测电路用来根据输入的V1电压产生一输出电压V3，以根据该V3的电压值确定温度传感器RT的状态是正常、短路、还是断路。

具体地，根据本发明实施例的电机温度采样电路可以得到，在RT正常时，

当RT短路时，

而当RT完全断路时,

其中，VCC为供电电源，由此，可以根据V3的值来确定RT的状态,进而检测出电机温度采样电路的故障。

优选地，第一电容C1和第二电容C2为滤波电容，从而提高VO和V3的稳定性。

实施例三：

图3示出了本发明实施例三提供的电机温度采样电路的故障检测方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S301中，根据温度传感器电压采样电路获取温度传感器的第一输出电压。

在本发明实施例中，在温度传感器电压采样电路中采用TL431BQDZRQ1(简称TL431)型号的三端稳压管，TL431参考极能稳定输出2.5V电压、且参考极输入电流极小(0～4微安(uA))，该电流相对于流过温度传感器的电流可忽略不计，根据温度传感器电压采样电路的电路结构和该电路中各组件，在温度传感器电压采样电路中Q1导通Q2断开时，可以得到流过R1电流和流过温度传感器的电流相等，得到温度传感器两端的电压

其中，V1为第一输出电压，从而实现温度传感器两端的输出电压与其阻值为线性关系。

在根据温度传感器电压采样电路获取温度传感器的第一输出电压之前，优选地，根据采样的温度传感器的型号控制第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、以及第六MOS管导通或断开，以控制电机温度采样电路的状态，从而在保证采样精度的情况下，兼容采集不同类型的温度传感器，提高了电路的可扩展性。作为示例地，当温度传感器类型为PT100时，控制Q1、Q3、Q5导通，Q2、Q4、Q6断开，当温度传感器类型为PT1000时，控制Q2、Q4、Q6导通，Q1、Q3、Q5断开。

在步骤S302中，将第一输出电压输入故障检测电路后，获取故障检测电路的第二输出电压。

在步骤S303中，根据第二输出电压确定温度传感器的状态，并根据该状态得到电机温度采样电路的故障检测结果。

在本发明实施例中，将第一输出电压V1输入故障检测电路后，根据电机温度采样电路可以得到，在温度传感器正常时，第二输出电压为

当RT短路时，第二输出电压为

而当温度传感器完全断路时,第二输出电压为

由此可以根据第二输出电压值来确定温度传感器是处于正常状态、还是短路状态、还是断路状态,再根据该温度传感器的状态得到电机温度采样电路的故障检测结果。

本发明实施例的电机温度采样电路可应用于车辆，当然，其不局限于应用在车辆上，还可应用于任一需要电机的设备，例如工业自动化设备等，在此不一一例举。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机温度采样电路，包括温度传感器电压采样电路、偏置电压电路、差分比例运算放大电路、以及故障检测电路，其特征在于，所述温度传感器电压采样电路中温度传感器的输出端分别与所述故障检测电路的输入端和所述差分比例运算放大电路的输入端相连，所述偏置电压电路的输出端与所述差分比例运算放大电路的输入端相连，所述温度传感器电压采样电路用于获取所述温度传感器的输出电压，所述偏置电压电路用于获取所述温度传感器在预设测量温度下产生的偏置电压，所述差分比例运算放大电路用于获取电机温度，所述故障检测电路用于检测所述温度传感器是否故障；

所述温度传感器电压采样电路由所述温度传感器、第一三端稳压管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一MOS管、以及第二MOS管组成，其中，所述温度传感器并联在所述第一三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第一电阻和所述第一MOS管串联后并联在所述第一三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第二电阻和所述第二MOS管串联后并联在所述第一三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第一三端稳压管的阳极接地，所述第三电阻连接在供电电源与所述温度传感器之间。

2.如权利要求1所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述偏置电压电路由第二三端稳压管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、以及第八电阻组成，其中，所述第三MOS管和所述第四电阻串联后并联在所述第二三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第四MOS管和所述第五电阻串联后也并联在所述第二三端稳压管的参考极和阳极之间，所述第二三端稳压管的阳极接地，所述第五MOS管和所述第六电阻串联后并联在所述第二三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第六MOS管和所述第七电阻串联后也并联在所述第二三端稳压管的参考极和阴极之间，所述第八电阻连接在供电电源与所述第二三端稳压管的阴极之间。

3.如权利要求2所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第四电阻的电阻值相同，所述第二电阻和所述第五电阻的电阻值相同，所述第三电阻和所述第八电阻的电阻值相同。

4.如权利要求2所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述差分比例运算放大电路由第一运算放大器、第一电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、以及第十三电阻组成，其中，所述第九电阻的第一端与所述温度传感器电压采样电路中所述温度传感器的输出端相连，所述第九电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第十电阻连接在所述第九电阻的第二端与地之间，所述第十一电阻的第一端与所述偏置电压电路的输出端相连，所述第十一电阻的第二端与所述第一运算放大器的反向输入端相连，所述第十二电阻并联在所述第十一电阻的第二端和所述第一运算放大器的输出端之间，所述第十三电阻和所述第一电容串联在所述第一运算放大器的输出端后，且所述第一电容一端接地。

5.如权利要求4所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述第九电阻和所述第十一电阻的电阻值相同，所述第十电阻和所述第十二电阻的电阻值相同。

6.如权利要求4所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述差分比例运算放大电路的输出端还连接有由两个二极管构成的钳位电路，且所述钳位电路与所述第一电容并联。

7.如权利要求2所述的电机温度采样电路，其特征在于，所述故障检测电路由第二运算放大器、第二电容、第十四电阻、以及第十五电阻组成，其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述温度传感器电压采样电路中所述温度传感器的输出端相连，所述第二运算放大器的反向输入端与其输出端相连，所述第十四电阻和所述第十五电阻依次串联在所述第二运算放大器的输出端，所述第十五电阻和所述第二电容并联后接地。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电机温度采样电路的故障检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

根据所述温度传感器电压采样电路获取所述温度传感器的第一输出电压；

将所述第一输出电压输入所述故障检测电路后，获取所述故障检测电路的第二输出电压；

根据所述第二输出电压确定所述温度传感器的状态，并根据所述状态得到所述电机温度采样电路的故障检测结果，其中，所述状态包括正常、短路、以及断路。

9.如权利要求8所述的电机温度采样电路的故障检测方法，其特征在于，所述偏置电压电路由第二三端稳压管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、以及第八电阻组成；

在所述根据所述温度传感器电压采样电路获取所述温度传感器的第一输出电压的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述温度传感器的型号控制所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管、以及所述第六MOS管的开关状态。

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