CN209657171U - 提高可靠性的简易型ptc加热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，包括有MCU模块、PTC加热元件及电流检测电路；所述MCU模块连接PTC加热元件；所述电流检测电路包括电流检测芯片，所述电流检测芯片分别连接于PTC加热元件和MCU模块；其利用电流检测芯片代替现有的检测电阻和运放组合的检测方式，整体系统误差较小，检测精度较高，简化了整体系统的电路设计，降低了电路板的布局难度，增强了抗ESD性能和抗干扰性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热技术领域，尤其是指一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其主要应用于汽车空调加热技术。
背景技术
现有的PTC加热控制系统中，对于PTC加热元件的电流检测模块一般采用检测电阻+运放的组合方案，存在以下问题：
（1）整体系统的电路设计复杂，电路的布局难度较大；
（2）系统性误差较大，而且，由于采用的分立元器件众多，检测精度一般；
（3）整体系统的抗ESD性能较弱和抗干扰性能力较弱。
因此，本实用新型专利申请中，申请人精心研究了一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术所存在不足，主要目的在于提供一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其利用电流检测芯片代替了现有的检测电阻和运放组合的检测方式，整体系统误差较小，检测精度较高，简化了整体系统的电路设计，降低了电路的布局难度，增强了抗ESD性能和抗干扰性能。
为实现上述之目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，包括有MCU模块、PTC加热元件及电流检测电路；所述MCU模块连接PTC加热元件；所述电流检测电路包括电流检测芯片，所述电流检测芯片分别连接于PTC加热元件和MCU模块。
作为一种优选方案，所述电流检测芯片具有IN+引脚、IN-引脚、OUT引脚、GND引脚及VCC引脚；所述PTC加热元件的一端连接于IN-引脚， 所述OUT引脚连接于MCU模块，所述OUT引脚还通过电阻Rout接地，所述GND引脚接地。
作为一种优选方案，所述电流检测芯片具有IN+引脚、IN-引脚、OUT引脚、GND引脚及VCC引脚；所述PTC加热元件的一端连接于IN+引脚，所述OUT引脚连接于MCU模块，所述OUT引脚还通过电阻Rout接地，所述GND引脚接地，所述IN-引脚接地。
作为一种优选方案，所述IN+引脚通过第一电阻R53连接于IN-引脚。
作为一种优选方案，所述电流检测芯片具有SIGN引脚，所述VCC引脚通过第二电阻R54连接于SIGN引脚。
作为一种优选方案，所述电流检测芯片具有REF1引脚和REF2引脚，所述REF1引脚和REF2引脚均接地。
作为一种优选方案，所述PTC加热元件的另一端接地，所述IN+引脚连接有负载电压端Vload。
作为一种优选方案，所述PTC加热元件的另一端连接有负载电压端Vload。
作为一种优选方案，所述PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT管的发射极连接电流检测芯片的IN+引脚。
作为一种优选方案，其特征在于：所述PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT管的发射极接地。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言：其主要是利用电流检测芯片代替了现有的检测电阻和运放组合的检测方式，整体系统误差较小，检测精度较高，简化了整体系统的电路设计，降低了电路板的布局难度，增强了抗ESD性能和抗干扰性能；
其次是，可根据需要，更换不同的电流检测芯片，提高电流检测的实用性；
以及，整体电路结构设计巧妙合理，确保了整体系统的运行的可靠性和稳定性。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
附图说明
图1是本实用新型之实施例一的电路原理框图；
图2是本实用新型之实施例一的电流检测电路的电路原理图；
图3是本实用新型之实施例二的电流检测电路的电路原理图；
图4是本实用新型之实施例三的电流检测电路的电路原理图；
图5是本实用新型之实施例四的电流检测电路的电路原理图；
图6是本实用新型之实施例五的电流检测电路的电路原理图；
图7是本实用新型之实施例六的电流检测电路的电路原理图；
图8是本实用新型之实施例七的电流检测电路的电路原理图；
图9是本实用新型之实施例八的电流检测电路的电路原理图。
附图标号说明：
10、MCU模块 20、PTC加热元件
30、电流检测电路 40、温度检测电路
50、高压供电电路 60、电压检测电路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步描述。
如图1至图9所示，一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其主要应用于新能源汽车空调加热技术；该PTC加热控制系统包括有MCU模块10、PTC加热元件20、电流检测电路30、温度检测电路40、电压检测电路60以及高压供电电路50，其中：
所述温度检测电路40和电压检测电路60分别连接于MCU模块10，MCU模块10通过温度检测电路40采集进水口的温度、出水口的温度；通过电压检测电路60，用于检测高压端的电压，起过压欠压保护作用。所述MCU模块10连接PTC加热元件20，所述高压供电电路50连接于PTC加热元件20，所述高压供电电路50为PTC加热元件20提供直流高压电源。
所述电流检测电路30包括电流检测芯片，所述电流检测芯片分别连接于PTC加热元件20和MCU模块10，所述电流检测芯片检测PTC加热元件20工作时的电流信号并转换为电压信号反馈至MCU模块10。所述电流检测芯片内部包括精密运放、非常精准的低漂移增益的电阻器网络、电流检测单元和瞬态保护组件单元。通过芯片内部集成电路的工艺，提高CMRR，不受外部电路的影响。
所述电流检测芯片具有IN+引脚、IN-引脚、OUT引脚、GND引脚及VCC引脚；所述OUT引脚连接于MCU模块，所述GND引脚接地，OUT引脚还通过电阻Rout接地。
接下来，请参照图2至图5所示，其分别列举了电流检测芯片应用于电流检测电路30中的主要电路原理的几种电路设计情形：
如图2所示，在实施例一中，电流检测芯片（此处的电流检测芯片相当于图2中的电流检测芯片U5）具有REF1引脚和REF2引脚，PTC加热元件的一端连接于IN+引脚，为高端电流检测配置，PTC加热元件的另一端连接有负载电压端Vload；所述REF1引脚、IN-引脚和REF2引脚均接地，所述IN+引脚通过第一电阻R53连接于IN-引脚，所述第一电阻R53为电流采样电阻。
如图3所示，在实施例二中，所述PTC加热元件的一端连接于IN-引脚，电流检测芯片（此处的电流检测芯片相当于图3中的电流检测芯片U6）具有SIGN引脚和SHDN引脚，所述VCC引脚通过第二电阻R54连接于SIGN引脚；所述SIGN引脚连接有SIGN接线端。所述SHDN引脚接地；电流检测芯片U6的IN-引脚分别连接下述第一PTC加热元件的MH3端、第二PTC加热元件的MH4端和第三PTC加热元件的MH5端，为低端电流检测配置；第一PTC加热元件、第二PTC加热元件和第三PTC加热元件的另一端接地；IN+引脚连接有负载电压端Vload。
如图4所示，在实施例三中，所述PTC加热元件的一端连接于IN-引脚，电流检测芯片（此处的电流检测芯片相当于图4中的电流检测芯片U7）的IN+引脚通过第一电阻R53连接于IN-引脚，所述第一电阻R53为电流采样电阻。电流检测芯片U7的IN-引脚分别连接第一PTC加热元件的MH3端、第二PTC加热元件的MH4端和第三PTC加热元件的MH5端，为低端电流检测配置；第一PTC加热元件、第二PTC加热元件和第三PTC加热元件的另一端接地；IN+引脚连接有负载电压端Vload。
如图5所示，在实施例四中，所述PTC加热元件的一端连接于IN-引脚，电流检测芯片（此处的电流检测芯片相当于图5中的U4）具有REF1引脚和REF2引脚，所述REF1引脚和REF2引脚均接地；所述IN+引脚通过第一电阻R53连接于IN-引脚，所述第一电阻R53为电流采样电阻。电流检测芯片U4的IN-引脚分别连接第一PTC加热元件的MH3端、第二PTC加热元件的MH4端和第三PTC加热元件的MH5端，为低端电流检测配置；第一PTC加热元件、第二PTC加热元件和第三PTC加热元件的另一端接地；IN+引脚连接有负载电压端Vload。
图2至图5所示的几种电路设计情形，通常，是MCU模块10通过PWM信号，来驱动IGBT管以实现控制PTC加热元件的工作。如图6所示，承实施例一中所述，在本实施例五中，PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT驱动电路主要包括有IGBT驱动芯片及驱动电压VCC，因为PWM信号驱动能力不够，不能直接驱动IGBT管，所以PWM信号需要通过IGBT驱动芯片来驱动IGBT管；所述IGBT管的发射极连接电流检测芯片的IN+脚，也即PTC加热元件20通过IGBT管连接电流检测芯片IN+脚；
或者，如图7至图9所示，承实施例二至四中所述，在实施例六至八中，PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT驱动电路主要包括有IGBT驱动芯片及驱动电压VCC，因为PWM信号驱动能力不够，不能直接驱动IGBT管，所以PWM信号需要通过IGBT驱动芯片来驱动IGBT管；所述IGBT管的发射极接地，也即PTC加热元件20通过IGBT管接地。
如图6至图9所示，其列举MCU模块10通过IGBT驱动电路来驱动IGBT管的几种电路设计情形：
在实施例五至八中，所述PTC加热元件20均设有3个，继续将三个PTC加热元件20分别定义为第一PTC加热元件、第二PTC加热元件和第三PTC加热元件；第一PTC加热元件具有MH3端，第二PTC加热元件具有MH4端，第三PTC加热元件具有MH5端；对应地，IGBT管和IGBT驱动电路均设有三个，其中，三个IGBT管分别定义为第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2以及第三IGBT管Q3，三个IGBT驱动电路分别定义为第一IGBT驱动电路、第二IGBT驱动电路和第三IGBT驱动电路。
第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2以及第三IGBT管Q3三者的发射极共同接地，第一IGBT管Q1的栅极通过第一IGBT驱动电路连接MCU模块10的PWM1引脚，第二IGBT管Q2的栅极通过第二IGBT驱动电路连接MCU模块10的PWM2引脚，第三IGBT管Q3的栅极通过第三IGBT驱动电路连接MCU模块10的PWM3引脚。
MCU模块10分别通过PWM1引脚、PWM2引脚和PWM3引脚分别连接所述第一至第三IGBT驱动电路以控制第一至第三IGBT管，从而实现控制所述第一至第三PTC加热元件工作。
需要说明的是，PTC加热元件并不限于三个，在实际设计时可依需设计为其它数量，以满足所设计的PTC加热元件；在此不再一一列举。
在系统中目标温度设定后，MCU模块10先采集进水口温度、出水口温度，接着MCU模块进行数据运算处理，根据运算处理的结果，调节PTC控制信号（PWM）的占空比，继而实现调整PTC加热元件20的加热功率的功能，统的实际环境温度能够达到系统所设定的目标温度；电流检测电路30对PTC加热元件20的电流进行实时监测，并将监测到的电流数据转换为电压信号反馈给MCU模块10，MCU模块10接收到反馈信号后进行数据处理并对PTC控制信号（PWM）的占空比进行调整，如此，可以很好控制PTC加热元件20的加热功率及避免过载短路等异常情况的发生，提高整体系统的可靠性和安全性。
本实用新型设计要点在于，其主要是利用电流检测芯片代替了现有的检测电阻和运放组合的检测方式，整体系统误差较小，检测精度较高，简化了整体系统的电路设计，降低了电路板的布局难度，增强了抗ESD性能和抗干扰性能；其次是，可根据需要，更换不同的电流检测芯片，提高电流检测的实用性；以及，整体电路结构设计巧妙合理，确保了整体系统的运行的可靠性和稳定性。
以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：包括有MCU模块、PTC加热元件及电流检测电路；所述MCU模块连接PTC加热元件；所述电流检测电路包括电流检测芯片，所述电流检测芯片分别连接于PTC加热元件和MCU模块。
2.根据权利要求1所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述电流检测芯片具有IN+引脚、IN-引脚、OUT引脚、GND引脚及VCC引脚；所述PTC加热元件的一端连接于IN-引脚， 所述OUT引脚连接于MCU模块，所述OUT引脚还通过电阻Rout接地,所述GND引脚接地。
3.根据权利要求1所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述电流检测芯片具有IN+引脚、IN-引脚、OUT引脚、GND引脚及VCC引脚；所述PTC加热元件的一端连接于IN+引脚，所述OUT引脚连接于MCU模块，所述OUT引脚还通过电阻Rout接地,所述GND引脚接地，所述IN-引脚接地。
4.根据权利要求2或3所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述IN+引脚通过第一电阻R53连接于IN-引脚。
5.根据权利要求2所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述电流检测芯片具有SIGN引脚，所述VCC引脚通过第二电阻R54连接于SIGN引脚。
6.根据权利要求2或3所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述电流检测芯片具有REF1引脚和REF2引脚，所述REF1引脚和REF2引脚均接地。
7.根据权利要求2所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述PTC加热元件的另一端接地，所述IN+引脚连接有负载电压端Vload。
8.根据权利要求3所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述PTC加热元件的另一端连接有负载电压端Vload。
9.根据权利要求8所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT管的发射极连接电流检测芯片的IN+引脚。
10.根据权利要求7所述的提高可靠性的简易型PTC加热控制系统，其特征在于：所述PTC加热元件连接有IGBT管；所述IGBT管的栅极经IGBT驱动电路连接于MCU模块，所述IGBT管的集电极连接PTC加热元件的一端；所述IGBT管的发射极接地。
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