CN117740182B - 一种热敏电阻检测电路及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种热敏电阻检测电路及终端设备，包括热敏电阻、参考电阻、第一电压跟随单元、第二电压跟随单元及电压检测单元；第一电压跟随单元、第二电压跟随单元、热敏电阻以及电压检测单元均连接于电源输入端；第一电压跟随单元连接于第二电压跟随单元和电压检测单元；第二电压跟随单元连接于参考电阻，参考电阻与热敏电阻连接，电压检测单元的检测端连接于热敏电阻和参考电阻之间的检测点，电压检测单元的输出端作为热敏电阻检测电路的输出端。通过设置第一电压跟随单元可以对第二电压跟随单元和电压检测单元进行保护，使得其在高压环境下能够正常工作，实现热敏电阻检测电路在高压环境下的应用，准确地检测出温度信息。

Description

一种热敏电阻检测电路及终端设备

技术领域

本申请涉及热敏检测领域，具体而言，涉及一种热敏电阻检测电路及终端设备。

背景技术

热敏电阻( Negative Temperature Coefficient，简称NTC)是一种稳定性好、响应灵敏且成本低的热电阻传感器，广泛用于温度控制系统中。热敏电阻具有灵敏度高、热惯性小和性价比高等优点，适合用于监测芯片外部温度的应用，因此在汽车和家电等需要温度检测和控制的场合得到广泛应用。

热敏电阻需要在对应的检测电路下对温度信息进行采集，本领域技术人员持续关注如何对检测电路进行优化的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种热敏电阻检测电路及终端设备，以至少部分改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种热敏电阻检测电路，所述热敏电阻检测电路包括：热敏电阻、参考电阻、第一电压跟随单元、第二电压跟随单元以及电压检测单元；

所述第一电压跟随单元的第一端、所述第二电压跟随单元的第一端、所述热敏电阻的第一端以及所述电压检测单元的第一端均连接于电源输入端，所述电源输入端用于接入第一电源；

所述第一电压跟随单元的第二端接地，所述第一电压跟随单元的第三端连接于所述第二电压跟随单元的第二端和所述电压检测单元的第二端；

所述第二电压跟随单元的第三端连接于所述参考电阻的第一端，所述参考电阻的第二端与所述热敏电阻的第二端连接，所述电压检测单元的检测端连接于所述热敏电阻和所述参考电阻之间的检测点，所述电压检测单元的输出端作为所述热敏电阻检测电路的输出端。

第二方面，本申请实施例提供一种终端设备，所述终端设备包括上述的热敏电阻检测电路。

相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种热敏电阻检测电路及终端设备，热敏电阻检测电路包括：热敏电阻、参考电阻、第一电压跟随单元、第二电压跟随单元以及电压检测单元；第一电压跟随单元的第一端、第二电压跟随单元的第一端、热敏电阻的第一端以及电压检测单元的第一端均连接于电源输入端，电源输入端用于接入第一电源；第一电压跟随单元的第二端接地，第一电压跟随单元的第三端连接于第二电压跟随单元的第二端和电压检测单元的第二端；第二电压跟随单元的第三端连接于参考电阻的第一端，参考电阻的第二端与热敏电阻的第二端连接，电压检测单元的检测端连接于热敏电阻和参考电阻之间的检测点，电压检测单元的输出端作为热敏电阻检测电路的输出端。通过设置第一电压跟随单元可以对第二电压跟随单元和电压检测单元进行保护，使得其在高压环境下能够正常工作，实现热敏电阻检测电路在高压环境下的应用，准确地检测出温度信息。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的热敏电阻检测电路的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的第二电压跟随单元的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的等效电路示意图。

图中：10-第一电压跟随单元；20-第二电压跟随单元；30-电压检测单元；201-电流调节器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

热敏电阻检测电路的应用通常受限于工作电压（一般小于5V工作电压），在工作电压较高时（如12V的汽车电池）热敏电阻检测电路的应用会受到限制。并且，热敏电阻检测电路的线性化受到结构的限制，难以产生与热敏电阻的阻值呈线性关系的检测电压（又称为NTC电压，或V_NTC）。限制了热敏电阻检测电路在需要高压和高线性化的车规应用。

为了克服以上问题，本申请实施例提供了一种热敏电阻检测电路，能够同时实现高压工作和输出电压线性化的检测电压。请参考图1，图1为本申请实施例提供的热敏电阻检测电路的结构示意图。

如图1所示，热敏电阻检测电路包括：热敏电阻R_NTC、参考电阻R_REF、第一电压跟随单元10、第二电压跟随单元20以及电压检测单元30。

第一电压跟随单元10的第一端、第二电压跟随单元20的第一端、热敏电阻R_NTC的第一端以及电压检测单元30的第一端均连接于电源输入端，电源输入端用于接入第一电源。

其中，第一电源可以是12V的汽车电池，也可以5V的电源，图中V_BAT表示第一电源的电压，当然地，V_BAT可以是浮动变化的。

第一电源用于给热敏电阻检测电路中的第一电压跟随单元10、第二电压跟随单元20以及电压检测单元30提供工作电压。

第一电压跟随单元10的第二端接地，第一电压跟随单元10的第三端连接于第二电压跟随单元20的第二端和电压检测单元30的第二端。

第二电压跟随单元20的第三端连接于参考电阻R_REF的第一端，参考电阻R_REF的第二端与热敏电阻R_NTC的第二端连接，电压检测单元30的检测端连接于热敏电阻R_NTC和参考电阻R_REF之间的检测点，电压检测单元30的输出端作为热敏电阻检测电路的输出端。

第一电压跟随单元10用于在电源输入端的接入电压（V_BAT）大于预设电压阈值时，通过第一电压跟随单元10的第三端输出第一跟随电压，接入电压与第一跟随电压的差为第一预设值。

需要说明的是，当电源输入端的接入电压（V_BAT）大于预设电压阈值时，说明第一电源的电压V_BAT为高压。在第一电源为第二电压跟随单元20以及电压检测单元30提供工作电压的情况下，第一电源的电压V_BAT作为第二电压跟随单元20和电压检测单元30的高电源轨，如果第二电压跟随单元20和电压检测单元30直接接地，可能会对第二电压跟随单元20和电压检测单元30造成损害，所以需要第一电压跟随单元10产生一个与第一电源的电压V_BAT相关的第一跟随电压V_clamp，V_BAT-V_clamp=第一预设值，即V_clamp= V_BAT-第一预设值。

并且通过第一电压跟随单元10的第三端输出第一跟随电压，作为第二电压跟随单元20和电压检测单元30的低电源轨，使的第二电压跟随单元20和电压检测单元30的低电源轨与高电源轨之间的压差为第一预设值，对第二电压跟随单元20和电压检测单元30起到保护作用，例如对下文中的第一运算放大器A1进行保护，使得其在高压环境下能够正常工作，实现热敏电阻检测电路在高压环境下的应用，准确地检测出温度信息。此处的高压环境可以理解为电源输入端的接入电压（V_BAT）大于预设电压阈值。

可选地，第一预设值的取值可以为5V，第一预设值与第二电压跟随单元20和电压检测单元30中晶体管的安全电压匹配。

第二电压跟随单元20用于通过第二电压跟随单元20的第三端输出第二跟随电压，接入电压与第二跟随电压的差为第二预设值。

需要说明的是，第二跟随电压会跟随电源输入端的接入电压（V_BAT）发生变化，以使热敏电阻R_NTC和参考电阻R_REF两端的电压差保持恒定，为第二预设值（V_BG），第二跟随电压=V_BAT-第二预设值（V_BG）。

因为热敏电阻R_NTC和参考电阻R_REF两端的电压差保持恒定，不论电源输入端的接入电压（V_BAT）如何变化，检测点的电压值均不受影响，检测点的电压值只会随着热敏电阻R_NTC的阻值发生变化。

电压检测单元30用于对检测点对应的检测电压进行降压处理。

可选地，电压检测单元30的第三端连接于第二电源（V_DD）。电压检测单元30用于对检测点对应的检测电压（V_NTC）进行比例降压处理，并向后级处理电路输出降压后的检测电压（V_{NTC_LV}）。通过准确地将高压阈的检测电压（V_NTC）转换为低压阈的检测电压（V_{NTC_LV}），检测电压（V_{NTC_LV}）准确地反馈检测出的温度信息，用于设备内部的低压阈处理，以使对温度变化做出及时处理，保护相应的器件。

在一种可选的实施方式中，热敏电阻R_NTC可以设置于芯片外部，对芯片的外部器件的温度进行监测，参考电阻R_REF可以为芯片外接电阻。

在图1的基础上，关于第二电压跟随单元的具体结构，本申请实施例还提供了一种可选的实施方式，请参考图2，图2为本申请实施例提供的第二电压跟随单元的结构示意图。

第二电压跟随单元20包括：第一电阻R1、电流调节器201以及第一运算放大器A1。

第一电阻R1的第一端连接于电源输入端，第一电阻R1的第二端连接于电流调节器201的第一端，电流调节器201的第二端接地。

第一运算放大器A1的同相输入端连接于第一电阻R1和电流调节器201之间，第一运算放大器A1的反相输入端连接于第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的高电源轨端连接于电源输入端，第一运算放大器A1的低电源轨端连接于第一电压跟随单元10的第三端，第一运算放大器A1的作为第二电压跟随单元20的输出端。

电流调节器201用于调节流经第一电阻R1的电流大小，以使第一电阻R1两端的电压值等于第二预设值（V_BG）。

第一运算放大器A1的输出端用于输出第二跟随电压（V_BAT-第二预设值（V_BG））。

需要说明的是，由于第一运算放大器A1的反相输入端连接于第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端的输出电压会与其同相输入端的接入电压（V_BAT-V_BG）相等，即输出第二跟随电压。

请继续参考图2，在一种可选的实施方式中，第二电压跟随单元20还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端连接于第一运算放大器A1的同相输入端，第一电容C1的第二端连接于电源输入端。

需要说明的是，第一电容C1可以用于在电源输入端的接入电压（V_BAT）突变时，起到缓冲作用，对第一运算放大器A1进行保护。

请继续参考图2，在一种可选的实施方式中，电流调节器201包括：第二电阻R2、第二运算放大器A2、第一晶体管M1、第二晶体管M2。

第二电阻R2的一端接地，第二电阻R2的另一端连接于第一晶体管M1的第一端，第一晶体管M1的第二端连接于第二晶体管M2的第一端，第二晶体管M2的第二端作为电流调节器201的第一端，连接于第一电阻R1的第二端。

第二运算放大器A2的输出端连接于第一晶体管M1的第三端，第二运算放大器A2的反相输入端连接于第一晶体管M1的第一端，第二运算放大器A2的同相输入端用于接入参考电压（V_REF），第二晶体管M2的第三端用于连接第二电源（V_DD）。

需要说明的是，在第二运算放大器A2的同相输入端用于接入参考电压（V_REF）时，第二运算放大器A2的输出对应的电平信号，以驱使第一晶体管M1处于饱和状态。又因为第二运算放大器A2的反相输入端连接于第一晶体管M1的第一端，第二运算放大器A2为负反馈结构，所以第二运算放大器A2的输出的电压会与参考电压（V_REF）相等，即第二电阻R2两端的电压为参考电压（V_REF）。

由图2可知，流过第一电阻R1的电流大小与流过第二电阻R2的电流大小相等。在确定第二预设值（V_BG）、第一电阻R1以及第二电阻R2的情况下，可以对参考电压（V_REF）调节，进而调节流经第一电阻R1的电流大小，以使第一电阻R1两端的电压值等于第二预设值（V_BG）。

可选地，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，参考电压（V_REF）等于第二预设值（V_BG）。

需要说明的是，第二晶体管M2在第二电源（V_DD）的驱动下，可以处于非饱和状态，从而起到等效电阻的作用。

请继续参考图2，在一种可选的实施方式中，电流调节器201还包括二极管D1，二极管D1的阳极连接于第二晶体管M2的第一端，二极管D1的阴极连接于第二晶体管M2的第三端。

二极管D1起保护作用，以保护第二晶体管M2。具体而言为防止第二晶体管M2的源极-栅极电压差值过大造成第二晶体管M2损坏，另外，如果不设置二极管D1，可能会有击穿第二晶体管M2的风险。

可选地，第一晶体管M1为第一NMOS管，第二晶体管M2为第二NMOS管。

第一晶体管M1的第一端为第一NMOS管的源极，第一晶体管M1的第二端为第一NMOS管的漏极，第一晶体管M1的第三端为第一NMOS管的栅极。

第二晶体管M2的第一端为第二NMOS管的源极，第二晶体管M2的第二端为第二NMOS管的漏极，第二晶体管M2的第三端为第二NMOS管的栅极。

可选地，第一晶体管M1为第一NPN三极管，第二晶体管M2为第二NPN三极管。

第一晶体管M1的第一端为第一NPN三极管的发射极，第一晶体管M1的第二端为第一NPN三极管的集电极，第一晶体管M1的第三端为第一NPN三极管的基极。

第二晶体管M2的第一端为第二NPN三极管的发射极，第二晶体管M2的第二端为第二NPN三极管的集电极，第二晶体管M2的第三端为第二NPN三极管的基极。

如图2所示，第二运算放大器A2、第二电阻R2、第一晶体管M1、第二晶体管M2YIJI二极管D1均工作在低电压阈，即第二电源（V_DD）阈下。第一运算放大器A1、第一电阻R1以及第一电容C1可能工作在高电压阈，即V_BAT电压阈下。

需要说明的是，第一电阻R1的第一端、第一运算放大器A1的高电源轨端连接于电源输入端以及第一电容C1的第二端可以连接在一起作为第二电压跟随单元20的第一端，连接于电源输入端。

在一种可选的实施方式中，在电源输入端的接入电压小于或等于预设电压阈值时，第一电压跟随单元10还用于切换其内部的的第三端和第二端内部导通，相当于直接接地。

在图1的基础上，关于如何保持输出线性化的检测电压，本申请实施例还提供一种可选的实施方式，请参考图3，图3为本申请实施例提供的等效电路示意图。

图3中的三个芯片引脚分别为BAT、NTC、BOT，V_BG为介于引脚BAT和引脚BOT间的固定电压。由图3可知，引脚NTC的电压可表示为：

V_NTC=V_BAT– [ V_BG× R_NTC/ (R_NTC+ R_REF) ]；

其中，V_NTC表示引脚NTC的电压值，V_BAT表示引脚BAT的电压值，热敏电阻R_NTC的阻值随温度变化，当R_REF远大于R_NTC时，V_NTC可近似为与R_NTC呈线性关系的电压，此时电压V_NTC可表示为：

V_NTC=V_BAT– [ V_BG× R_NTC/ R_REF) ]；

此时，V_NTC与R_NTC呈线性关系。

为了保持输出线性化的检测电压，可以使R_REF为R_NTC的预设倍数，该预设倍数≥100倍。

本申请实施例还提供了一种终端设备，该终端设备可以是部署有上述的热敏电阻检测电路的电子设备，例如行车电脑，也可以是包括该电子设备（行车电脑）的交通设备，例如汽车、摩托车等。

综上所述，本申请实施例提供的一种热敏电阻检测电路及终端设备，热敏电阻检测电路包括：热敏电阻、参考电阻、第一电压跟随单元、第二电压跟随单元以及电压检测单元；第一电压跟随单元的第一端、第二电压跟随单元的第一端、热敏电阻的第一端以及电压检测单元的第一端均连接于电源输入端，电源输入端用于接入第一电源；第一电压跟随单元的第二端接地，第一电压跟随单元的第三端连接于第二电压跟随单元的第二端和电压检测单元的第二端；第二电压跟随单元的第三端连接于参考电阻的第一端，参考电阻的第二端与热敏电阻的第二端连接，电压检测单元的检测端连接于热敏电阻和参考电阻之间的检测点，电压检测单元的输出端作为热敏电阻检测电路的输出端。通过设置第一电压跟随单元可以对第二电压跟随单元和电压检测单元进行保护，使得其在高压环境下能够正常工作，实现热敏电阻检测电路在高压环境下的应用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种热敏电阻检测电路，其特征在于，所述热敏电阻检测电路包括：热敏电阻、参考电阻、第一电压跟随单元、第二电压跟随单元以及电压检测单元；

所述第一电压跟随单元的第一端、所述第二电压跟随单元的第一端、所述热敏电阻的第一端以及所述电压检测单元的第一端均连接于电源输入端，所述电源输入端用于接入第一电源；

所述第一电压跟随单元的第二端接地，所述第一电压跟随单元的第三端连接于所述第二电压跟随单元的第二端和所述电压检测单元的第二端；

所述第二电压跟随单元的第三端连接于所述参考电阻的第一端，所述参考电阻的第二端与所述热敏电阻的第二端连接，所述电压检测单元的检测端连接于所述热敏电阻和所述参考电阻之间的检测点，所述电压检测单元的输出端作为所述热敏电阻检测电路的输出端；

所述第一电压跟随单元用于在所述电源输入端的接入电压大于预设电压阈值时，通过所述第一电压跟随单元的第三端输出第一跟随电压，所述接入电压与所述第一跟随电压的差为第一预设值；

所述第二电压跟随单元用于通过所述第二电压跟随单元的第三端输出第二跟随电压，所述接入电压与所述第二跟随电压的差为第二预设值；

所述电压检测单元用于对所述检测点对应的检测电压进行降压处理；

所述第二电压跟随单元包括：第一电阻、电流调节器以及第一运算放大器；

所述第一电阻的第一端连接于所述电源输入端，所述第一电阻的第二端连接于所述电流调节器的第一端，所述电流调节器的第二端接地；

所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一电阻和所述电流调节器之间，所述第一运算放大器的反相输入端连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的高电源轨端连接于所述电源输入端，所述第一运算放大器的低电源轨端连接于所述第一电压跟随单元的第三端，所述第一运算放大器的作为所述第二电压跟随单元的输出端；

所述电流调节器用于调节流经所述第一电阻的电流大小，以使所述第一电阻两端的电压值等于所述第二预设值；

所述第一运算放大器的输出端用于输出所述第二跟随电压；

所述第二电压跟随单元还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接于所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一电容的第二端连接于所述电源输入端；

所述电流调节器包括：第二电阻、第二运算放大器、第一晶体管、第二晶体管；

所述第二电阻的一端接地，所述第二电阻的另一端连接于所述第一晶体管的第一端，所述第一晶体管的第二端连接于所述第二晶体管的第一端，所述第二晶体管的第二端作为所述电流调节器的第一端；

所述第二运算放大器的输出端连接于所述第一晶体管的第三端，所述第二运算放大器的反相输入端连接于所述第一晶体管的第一端，所述第二运算放大器的同相输入端用于接入参考电压，

所述第二晶体管的第三端用于连接第二电源。

2.如权利要求1所述的热敏电阻检测电路，其特征在于，所述电流调节器还包括二极管，所述二极管的阳极连接于所述第二晶体管的第一端，所述二极管的阴极连接于所述第二晶体管的第三端。

3.如权利要求1所述的热敏电阻检测电路，其特征在于，所述第一晶体管为第一NMOS管，所述第二晶体管为第二NMOS管；

所述第一晶体管的第一端为所述第一NMOS管的源极，所述第一晶体管的第二端为所述第一NMOS管的漏极，所述第一晶体管的第三端为所述第一NMOS管的栅极；

所述第二晶体管的第一端为所述第二NMOS管的源极，所述第二晶体管的第二端为所述第二NMOS管的漏极，所述第二晶体管的第三端为所述第二NMOS管的栅极。

4.如权利要求1所述的热敏电阻检测电路，其特征在于，所述第一晶体管为第一NPN三极管，所述第二晶体管为第二NPN三极管；

所述第一晶体管的第一端为所述第一NPN三极管的发射极，所述第一晶体管的第二端为所述第一NPN三极管的集电极，所述第一晶体管的第三端为所述第一NPN三极管的基极；

所述第二晶体管的第一端为所述第二NPN三极管的发射极，所述第二晶体管的第二端为所述第二NPN三极管的集电极，所述第二晶体管的第三端为所述第二NPN三极管的基极。

5.如权利要求1所述的热敏电阻检测电路，其特征在于，

在所述电源输入端的接入电压小于或等于预设电压阈值时，所述第一电压跟随单元还用于切换其内部的第三端和第二端内部导通。

6.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括权利要求1-5中任一项所述的热敏电阻检测电路。