CN202720071U - 一种电机控制器温度采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电机控制器温度采样系统，属于电子技术领域。该温度采样系统包括温度采样电路、电压跟随电路和电压翻转电路，温度采样电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连，电压跟随电路的输出端与电压翻转电路的输入端相连，电压翻转电路的输出端用于连接数字芯片，温度采样电路为带有热敏电阻的分压电路，所述的热敏电阻为NTC（NegativeTemperatureCoefficient：负温度系数）热敏电阻。本实用新型通过带NTC热敏电阻的分压电路对电机控制器的温度进行采样，并利用电压跟随电路和电压翻转电路对采样结果进行整理放大，使采样电路的输出能够适应多种电压等级的数字芯片，最大化的实现系列化电机控制器温度采样系统的通用性。

Description

一种电机控制器温度采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制器温度采样系统，属于电子技术领域。

背景技术

由于汽车的环境适应性要求，安装在汽车上的电子设备必须具备良好的耐热性。因为车辆运行时，发动机、空调等部件产生的热量将使车辆本身温度升高；而停放时，由于车辆本身的密闭性，车辆内部的温度将远高于车辆周围的环境温度，因此车载电子设备使用时的高温环境是产品设计时必须考虑的关键环境特性。电机控制器是新能源汽车的核心零部件，其主要功能是完成车辆行驶过程中直流电能和交流电能的相互转换。由于电机控制器内部也具有功率电子部分，所以电机控制器对环境温度适应性的要求高于其他车载电子设备。当前电机控制器温度采样主要集中在散热器和功率模块两部分，采样所用的温度传感器为NTC负温度系数热敏电阻、PT100或PT1000铂热电阻等。由于铂热电阻本身成本高，且需要恒流源采样电路，因此实现复杂，在电机控制器温度采样中基本不采用此种方法。NTC负温度系数热敏电阻价格低，多利用分压电路实现温度采样，电路容易实现，采样温度范围及精度可以满足使用要求，但是由于MCU等数字芯片模拟量接口的采样电压范围要求，不同的电压等级电路需要不同的采样调理电路实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电机控制器温度采样系统，用以解决NTC采样及信号调理电路随数字芯片的模拟量采样基准电压不同而要调整电路结构或参数的问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提供了一种电机控制器温度采样系统，该温度采样系统包括温度采样电路、电压跟随电路和电压翻转电路，温度采样电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连，电压跟随电路的输出端与电压翻转电路的输入端相连，电压翻转电路的输出端用于与数字芯片相连，温度采样电路为带有热敏电阻的分压电路，所述的热敏电阻为NTC热敏电阻。

所述的电压翻转电路的输出端上连接有钳位电路，该钳位电路由两个二极管构成，用于将温度采样的输出值限制在某一范围内，防止数字芯片受到大电压冲击而造成损害。 

所述的温度采样系统还包括过温保护单元，该过温保护单元由电压比较电路和电平转换电路构成，电压比较电路的输入端与温度采样电路的输出端相连，比较端与带有可调电阻的分压电路相连，电压比较电路的输出端与电平转换电路的输入端相连，电平转换电路的输出端用于与数字芯片的输入端相连。

所述的电压跟随电路包括AD8542芯片的放大器A，该放大器的正输入端与采样电路的输出端相连，放大器的输出端与电压翻转电路的输入端相连。

所述的电压翻转电路包括AD8542芯片的放大器B，该放大器的负输入端与电压跟随电路的输出端相连。

所述的电压比较电路包括比较器和带可调电阻的分压电路，比较器的两个输入端分别与采样电路和带可调电阻的分压电路相连。

所述的电平转换电路包括限流电阻、光耦和滤波电容，限流电阻设置在比较电流输出端、光耦原边和光耦次边，滤波电容设置在光耦的原边和次边，用来吸收光耦原边和次边导通或关断时的过电压。 

本实用新型的有益效果是: 本实用新型通过带NTC热敏电阻的分压电路对电机控制器的温度进行采样，并利用电压跟随电路和电压翻转电路对采样结果进行整理放大，使采样电路的输出能够适应多种电压等级的数字芯片，最大化的实现系列化电机控制器温度采样系统的通用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的温度采样系统电路原理图；

图2是本实用新型实施例二的温度采样系统电路原理图；

图3是本实用新型实施例三的温度采样系统电路原理图；

图4是本实用新型实施例三中温度采样系统过温保护点在100℃时的相关参数仿真波形图。

具体实施方式

本实用新型为解决NTC采样及信号调理电路随数字芯片的模拟量采样基准电压不同而要调整电路结构或参数的问题，电路采集温度范围为25℃至155℃，对应模拟电压量为0V至1.7V；过温保护点可通过可调电阻在55℃至140℃范围内设定。本实用新型提供了一种能够适应多种电压等级（1.8V-5V任意电压等级）的数字芯片模拟量采集基准电压的温度采样系统，能够最大化的实现系列化电机控制器温度采样系统的通用性。

实施例一

如图1所示，本实施例中的温度采样系统包括温度采样电路、电压跟随电路和电压翻转电路，温度采样电路为带可调节热敏电阻的分压电路，采样电路由热敏电阻Rt（NTC电阻）、电阻R1-R5（百分之一精度）和无极性电容C1-C3组成，电阻R1、R2、Rt、 R3、R4与R5串联（R1输入端接+5V，R5输出端接5V-GND）形成5V的分压输出，电容C1、C2、C3为滤波电容，电压跟随电路为温度采样电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连，电压跟随电路由AD8542芯片的放大器A组成，AD8542芯片的放大器A的正输入端与采样电路的输出端相连，AD8542芯片的放大器A的负输入端与其输出端相连，电压翻转电路由AD8542芯片的放大器B、电阻R10、电阻R11、电阻R13、 电阻R14与电容C5组成，电阻R13和R14组成5V分压电阻，AD8542芯片的放大器B、电阻R10和R11组成放大电路，AD8542芯片的放大器B的V_P端保持在2.5V，电容C5为滤波电容，滤除V_P端电压的高频干扰。

其工作原理如下：电路通电后，温度采样电路根据关系Um=5×(Rt+4000) /( Rt+7000)，输出采样电压Um；电压跟随电路和电压翻转电路得到温度采样电路输出的采样电压Um后，根据电路放大关系Vt-out=7.5-(2×Um)，输出温度模拟电压量Vt-out，通过输出保护电路将该模拟电压量Vt-out传输给数字芯片的模拟输入接口，数字芯片接收到温度信号调理后的输出电压量Vt-out后，按照关系:T=1023548.95/(298.15×ln((30000/(2.5+Vt-out)-7000)/5000)+3433)-273.15进行处理，得到实时的电机控制温度T以供后续处理。本电路中选取温度在25℃时阻值为5000Ω的热敏电阻Rt，Rt阻值随温度的上升而减小，其关系式为Rt=5000×exp (3433×(1/(273.15+T)-1/298.15))，Rt阻值在25℃至155℃变化范围为5000Ω至152Ω该电路采集温度范围为25℃至155℃，输出温度模拟电压量Vt-out为0V至1.7V。所以能够适应多种电压等级（1.8V-5V任意电压等级）的数字芯片模拟量采集基准电压，最大化的实现系列化电机控制器温度采样系统的通用性。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上的进一步优化，如图2所示，在电压翻转电路的输出端上设置一输出保护电路，该输出保护电路为由电容C6、二极管D1和D2组成的钳位电路，二极管D1和D2电容C6为滤波电容，滤除电压翻转电路输出电压的高频干扰，二极管D1和D2正负极相连，二极管D1的正极接+3.3V电压，二极管D2的负极接3.3V的接地端。当实施例一中所述的采样系统工作正常时，其输出温度模拟电压量Vt-out为0V至1.7V，此时，钳位电路不工作，一旦该采样系统出现故障，输出温度模拟电压量超过3.3V时，钳位电路开始工作，将输出温度模拟电压量限制在0V到+3.3V的范围内，以保证数字芯片输入接口处电压在正常工作范围内，以保证数字芯片因为过压而损坏。

实施例三

本实施例是在实施例二的基础上进行的进一步优化，本实施例中的温度采样系统如图3所示，包括温度采样电路、电压跟随电路、电压翻转电路、输出保护电路和过温保护单元，温度采样电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连，电压跟随电路的输出端与电压翻转电路的输入端相连，输出保护电路设置在电压翻转电路的输出端，该系统的具体实现电路如图3所示，各个电路的结构如下： 

采样电路由热敏电阻Rt（NTC电阻）、电阻R1-R5（百分之一精度）和无极性电容C1-C3组成，电阻R1、R2、Rt、 R3、R4与R5串联（R1输入端接+5V，R5输出端接5V-GND）形成5V的分压输出，电容C1、C2、C3为滤波电容，Rt在常温25℃时的阻值可以调节，本电路中选取温度在25℃时阻值为5000Ω的热敏电阻Rt， Rt阻值随温度的上升而减小，其关系式为Rt=5000×exp (3433×(1/(273.15+T)-1/298.15))，Rt阻值在25℃至155℃变化范围为5000Ω至152Ω。

电压跟随电路由AD8542芯片的放大器A组成，AD8542芯片的放大器A的正输入端与采样电路的输出端相连，AD8542芯片的放大器A的负输入端与其输出端相连，该电压跟随电路是用来隔离电压翻转电路输入信号影响。

电压翻转电路由AD8542芯片的放大器B、电阻R10、电阻R11、电阻R13、 电阻R14与电容C5组成，电阻R13和R14组成5V分压电阻，AD8542芯片的放大器B、电阻R10和R11组成放大电路，AD8542芯片的放大器B的V_P端保持在2.5V，电容C5为滤波电容，滤除V_P端电压的高频干扰。

输出保护电路由电容C6、二极管D1和D2组成，电容C6为滤波电容，滤除电压翻转电路输出电压的高频干扰，二极管D1和D2为钳位电路，防止数字芯片模拟量输入口受到大电压冲击而造成损害。

电压比较电路由LM293芯片的比较器A、可调电阻RX1、电阻R6-R9和电容C4组成，可调电阻RX1和电阻R6-R9组成5V分压电阻，可调电阻RX1阻值可以在0Ω至10KΩ之间调节，LM293芯片的比较器A的V_P端电压为5×(RX+28000)/ (RX+48000)，V_P端电压可在2.92V至3.28V之间调节（即过温保护点在140℃至55℃之间调节），电容C4为滤波电容，滤除V_P端电压的高频干扰。

电平转换电路由光耦U3、电阻R12、电阻R15和电容C7、C8组成，电阻R12和R15为限流电阻，分别限制流过光耦原边、LM293芯片的比较器A输出端的电流和光耦次边的电流，电容C7和C8为滤波电容，用来吸收光耦原边和次边导通或关断时的过电压，光耦U3的作用是信号隔离和电平转换。

该温度采样系统的工作原理如下：电路通电后，温度采样电路根据关系Um=5×(Rt+4000) /( Rt+7000)，输出采样电压Um；电压跟随电路和电压翻转电路得到温度采样电路输出的采样电压Um后，根据电路放大关系Vt-out=7.5-(2×Um)，输出温度模拟电压量Vt-out，通过输出保护电路将该模拟电压量Vt-out传输给数字芯片的模拟输入接口，数字芯片接收到温度信号调理后的输出电压量Vt-out后，按照关系:T=1023548.95/(298.15×ln((30000/(2.5+Vt-out)-7000)/5000)+3433)-273.15进行处理，得到实时的电机控制温度T以供后续处理。同时电压比较电路得到温度采样电路输出的采样电压Um后，与其P端输入电压进行比较，当大于P端输入电压时，比较器A输出端导通，光耦原边导通，光耦次边拉低，Vb-out输出0V，说明控制器温度未超过设定的过温保护温度；当小于P端输入电压时，比较器A输出端关闭，光耦原边不导通，光耦次边被拉高，Vb-out输出3.3V，说明控制器温度超过设定的过温保护温度，数字芯片接收到该信号后进行相关保护处理。

该系统在过温保护点为100℃时的仿真相波形如图4所示，其中T代表电机控制器的实时温度，纵坐标单位℃；Rt代表热敏电阻阻值，纵坐标单位Ω；Um代表温度采样电路输出，纵坐标单位V；Vt-out代表电机控制器温度采样电路输出，纵坐标单位V；Vb-out代表电机控制器温度保护电路输出，纵坐标单位V。

Claims (7)

1.一种电机控制器温度采样系统，其特征在于：该温度采样系统包括温度采样电路、电压跟随电路和电压翻转电路，温度采样电路的输出端与电压跟随电路的输入端相连，电压跟随电路的输出端与电压翻转电路的输入端相连，电压翻转电路的输出端用于与数字芯片相连，温度采样电路为带有热敏电阻的分压电路，所述的热敏电阻为NTC热敏电阻。

2.根据权利要求1所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的电压翻转电路的输出端上连接有钳位电路，该钳位电路由两个二极管构成，用于将温度采样的输出值限制在某一范围内，防止数字芯片受到大电压冲击而造成损害。

3.根据权利要求2所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的温度采样系统还包括过温保护单元，该过温保护单元由电压比较电路和电平转换电路构成，电压比较电路的输入端与温度采样电路的输出端相连，比较端与带有可调电阻的分压电路相连，电压比较电路的输出端与电平转换电路的输入端相连，电平转换电路的输出端用于与数字芯片的输入端相连。

4.根据权利要求2所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的电压跟随电路包括AD8542芯片的放大器A，该放大器的正输入端与采样电路的输出端相连，放大器的输出端与电压翻转电路的输入端相连。

5.根据权利要求2所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的电压翻转电路包括AD8542芯片的放大器B，该放大器的负输入端与电压跟随电路的输出端相连。

6.根据权利要求3所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的电压比较电路包括比较器和带可调电阻的分压电路，比较器的两个输入端分别与采样电路和带可调电阻的分压电路相连。

7.根据权利要求3所述的电机控制器温度采样系统，其特征在于：所述的电平转换电路包括限流电阻、光耦和滤波电容，限流电阻设置在比较电流输出端、光耦原边和光耦次边，滤波电容设置在光耦的原边和次边，用来吸收光耦原边和次边导通或关断时的过电压。

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