DE102021203009A1 - Electronic circuit for temperature measurement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung (20) zur Temperaturmessung eines Bauteils (30) auf einer Platine (10). Die elektronische Schaltung (20) umfasst einen temperaturabhängigen Widerstand (200), einen ersten Widerstand (201) und ein Messmittel (201a), das zur Messung einer an den ersten Widerstand (201) abfallenden Spannung eingerichtet ist. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine erste Leitung (211) mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands (201) elektrisch verbunden. Die elektronische Schaltung (20) umfasst ferner einen zweiten Widerstand (202), wobeiein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine zweite Leitung (212) mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands (202) elektrisch verbunden ist, wobei der erste Widerstand (201), der temperaturabhängige Widerstand (200) und der zweite Widerstand (202) in Reihe geschaltet sind und einen Spannungsteiler bilden.The invention relates to an electronic circuit (20) for measuring the temperature of a component (30) on a circuit board (10). The electronic circuit (20) includes a temperature-dependent resistor (200), a first resistor (201) and a measuring device (201a), which is set up to measure a voltage drop across the first resistor (201). A first connection of the temperature-dependent resistor (200) is electrically connected to a first connection of the first resistor (201) via a first line (211). The electronic circuit (20) further comprises a second resistor (202), wherein a second terminal of the temperature-dependent resistor (200) is electrically connected to a first terminal of the second resistor (202) via a second line (212), the first resistor ( 201), the temperature-dependent resistor (200) and the second resistor (202) are connected in series and form a voltage divider.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Temperaturmessung eines Bauteils auf einer Platine. Die elektronische Schaltung umfasst einen temperaturabhängigen Widerstand, einen ersten Widerstand und ein Messmittel, das zur Messung einer an den ersten Widerstand abfallenden Spannung eingerichtet ist. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine erste Leitung mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden.The invention relates to an electronic circuit for measuring the temperature of a component on a circuit board. The electronic circuit includes a temperature-dependent resistor, a first resistor and a measuring device that is set up to measure a voltage drop across the first resistor. A first connection of the temperature-dependent resistor is electrically connected to a first connection of the first resistor via a first line.
Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Gerät, das mindestens eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung, mindestens ein Bauteil, dessen Temperatur zu messen ist, und eine Platine, wobei die mindestens eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung und das mindestens eine Bauteil auf der Platine angeordnet sind.The invention also relates to an electronic device that has at least one electronic circuit according to the invention, at least one component whose temperature is to be measured, and a circuit board, the at least one electronic circuit according to the invention and the at least one component being arranged on the circuit board.
Stand der TechnikState of the art
NTC-Widerstände (Negative Temperature Coefficient, NTC), die auch als Heißleiter bezeichnet werden, oder PTC-Widerstände (Positive Temperature Coefficient, PTC), die auch als Kaltleiter bezeichnet werden, sind temperaturabhängige Widerstände und werden in Verbindung mit einem Spannungsteiler und nachgeschaltetem Analog-Digital-Wandler (ADC) oder Komparator zur Überwachung der Temperatur von Bauteilen verwendet. Insbesondere SMD-NTC-/PTC-Widerstände (Surface Mounted Device, SMD) werden hier auf Platinen möglichst nah an die entsprechenden Bauteile herangeführt.NTC resistors (Negative Temperature Coefficient, NTC), also known as thermistors, or PTC resistors (Positive Temperature Coefficient, PTC), also known as PTC thermistors, are temperature-dependent resistors and are used in conjunction with a voltage divider and downstream analog -Digital converter (ADC) or comparator used for monitoring the temperature of components. In particular, SMD-NTC/PTC resistors (Surface Mounted Device, SMD) are brought here on circuit boards as close as possible to the corresponding components.
Problematisch ist hier insbesondere bei Bauteilen auf einem höheren Spannungspotential, dass ein gewisser Abstand zwischen Bauteilen und auch Leiterbahnen eingehalten werden muss. Dies führt zum einen durch den Abstand zum Bauteil zu einer trägeren und ungenaueren Temperaturmessung und zum anderen auch zur Reduzierung von Kupferflächen von Leiterbahnen auf den Platinen zum Abführen der entstehenden Wärme. Dies ist insbesondere in Hochstrompfaden an Leistungshalbleitern ein Problem. Die Temperatur muss meist mit einem NTC- oder einem PTC-Widerstand überwacht werden, gleichzeitig erhöht sich aufgrund des benötigten Platzes für den NTC- oder den PTC-Widerstand und den großen Abstand der ohmsche und der thermische Widerstand, was wiederum zu einer höheren Temperatur am Bauteil führt. Kostenintensive Lösungen, wie das Verwenden von Optokopplern und DC/DC-Wandlern, um das Spannungsniveau dem der zu messenden Bauteile anzugleichen, sind derzeit eine kostenintensive Alternative.The problem here, particularly in the case of components at a higher voltage potential, is that a certain distance between components and conductor tracks must be maintained. On the one hand, this leads to a more sluggish and inaccurate temperature measurement due to the distance to the component and, on the other hand, to a reduction in the copper surfaces of conductor tracks on the circuit boards to dissipate the heat generated. This is a problem in particular in high-current paths on power semiconductors. The temperature usually has to be monitored with an NTC or PTC resistor, at the same time the ohmic and thermal resistance increases due to the space required for the NTC or PTC resistor and the large distance, which in turn leads to a higher temperature at the component leads. Expensive solutions, such as using optocouplers and DC/DC converters to match the voltage level to that of the components to be measured, are currently a costly alternative.
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Aus dem Dokument
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es wird eine elektronische Schaltung zur Temperaturmessung eines Bauteils auf einer Platine vorgeschlagen. Die elektronische Schaltung umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand, einen ersten Widerstand und ein Messmittel, das zur Messung einer an den ersten Widerstand abfallenden Spannung eingerichtet ist. Der temperaturabhängige Widerstand kann dabei als ein NTC- oder ein PTC-Widerstand ausgebildet werden. Das Messmittel umfasst bevorzugt einen zusätzlichen Widerstand und/oder einen Analog-Digital-Wandler. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine erste Leitung mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden.An electronic circuit for measuring the temperature of a component on a circuit board is proposed. In this case, the electronic circuit comprises a temperature-dependent resistor, a first resistor and a measuring device which is set up to measure a voltage drop across the first resistor. The temperature-dependent resistor can be designed as an NTC or a PTC resistor. The measuring means preferably includes an additional resistor and/or an analog/digital converter. A first connection of the temperature-dependent resistor is electrically connected to a first connection of the first resistor via a first line.
Erfindungsgemäß weist die elektronische Schaltung ferner einen zweiten Widerstand auf. Dabei ist ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine zweite Leitung mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands elektrisch verbunden. Der erste Widerstand, der temperaturabhängige Widerstand und der zweite Widerstand sind somit in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler.According to the invention, the electronic circuit also has a second resistor. In this case, a second connection of the temperature-dependent resistor is electrically connected to a first connection of the second resistor via a second line. The first resistor, the temperature-dependent resistor and the second resistor are thus connected in series and form a voltage divider.
Ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands und ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands können dabei an eine Spannungsversorgung angeschlossen werden. Dabei kann der zweite Anschluss des ersten Widerstands mit der Masse verbunden werden. Umfasst das Messmittel zur Messung der an den ersten Widerstand abfallenden Spannung einen zusätzlichen Widerstand und einen Analog-Digital-Wandler, so kann ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands über eine zusätzliche Leitung mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden sein. Dabei sind der zweite Anschluss des zusätzlichen Widerstands und der zweite Anschluss des ersten Widerstands an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen.A second connection of the second resistor and a second connection of the first resistor can be connected to a voltage supply. In this case, the second connection of the first resistor can be connected to ground. If the measuring device for measuring the voltage drop across the first resistor includes an additional resistor and an analog/digital converter, a first connection of the additional resistor can be electrically connected to the first connection of the first resistor via an additional line. In this case, the second connection of the additional resistor and the second connection of the first resistor are connected to the analog/digital converter.
Sind der zweite Anschluss des zweiten Widerstands und der zweite Anschluss der ersten Widerstands an die Spannungsversorgung, wie beispielsweise 5 V, angeschlossen und der zweite Anschluss des ersten Widerstands ist mit der Masse verbunden, liegt eine Versorgungsspannung zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands an, und eine Messspannung, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands abhängig ist, liegt zwischen einem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands an.Are the second terminal of the second resistor and the second terminal of the first resistor connected to the voltage supply, such as 5V, and the second terminal of the first resistor is connected to the Connected to ground, there is a supply voltage between the second terminal of the second resistor and the second terminal of the first resistor, and a measurement voltage, which depends on the resistance value of the temperature-dependent resistor, is present between a second terminal of the additional resistor and the second terminal of the first resistor on.
Der Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands ist so auszuwählen, dass jeder der Widerstände die Verlustleistung, die an ihm beispielweise im Falle einer elektrischen Verbindung der zu messenden Bauteile und der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung aufgrund des geringeren Abstands dazwischen entstehen könnte, zerstörungsfrei überstehen kann. Darüber hinaus ist die Auswahl des Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands von der gewünschten Messgenauigkeit und auch von dem Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands abhängig. Der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstands kann größer als der Widerstandswert des ersten und des zweiten Widerstands gewählt werden. Es kommt auch auf den angeschlossenen Analog-Digital-Wandler oder die entsprechende Auswerteschaltung an. Bei einem geometrisch größeren Widerstand kann meistens eine größere Verlustleistung abgeführt werden, somit kann ein kleinerer Widerstandswert gewählt werden.The resistance value of the first, the second and the additional resistor is to be selected in such a way that each of the resistors can withstand the power loss that could occur in it, for example in the event of an electrical connection between the components to be measured and the electronic circuit according to the invention, due to the smaller distance between them, without being destroyed can. In addition, the selection of the resistance value of the first, the second and the additional resistor depends on the desired measuring accuracy and also on the resistance value of the temperature-dependent resistor. The resistance of the additional resistor can be selected to be greater than the resistance of the first and second resistors. It also depends on the connected analog-to-digital converter or the corresponding evaluation circuit. With a geometrically larger resistor, a larger power loss can usually be dissipated, so a smaller resistance value can be selected.
Vorzugsweise weisen der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert auf. Dabei werden von dem Begriff „gleicher Widerstandswert“ bevorzugt Abweichungen im Bereich üblicher Bauteiltoleranzen als gleich angesehen. Ein anderes Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand ist aber auch denkbar.The first and second resistors preferably have the same resistance value. The term "same resistance value" preferably means that deviations in the range of normal component tolerances are considered to be the same. However, a different resistance ratio between the first and the second resistor is also conceivable.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung bei Temperaturmessung eines einzelnen Bauteils, das eine Wärmequelle darstellt, eingesetzt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung bei Temperaturmessung einer Gruppe von Bauteilen eingesetzt wird.The electronic circuit proposed according to the invention can advantageously be used when measuring the temperature of an individual component which represents a heat source. However, it is also conceivable that the electronic circuit proposed according to the invention is used for measuring the temperature of a group of components.
Ferner wird ein elektronisches Gerät vorgeschlagen. Dabei umfasst das elektronische Gerät mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung, mindestens ein Bauteil, dessen Temperatur zu messen ist, und eine Platine. Die mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und das mindestens eine zu messende Bauteil sind dabei auf der Platine angeordnet.An electronic device is also proposed. In this case, the electronic device comprises at least one electronic circuit proposed according to the invention, at least one component whose temperature is to be measured, and a printed circuit board. The at least one electronic circuit proposed according to the invention and the at least one component to be measured are arranged on the circuit board.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen zu messenden Bauteil um ein elektronisches Bauteil für hohes Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, bzw. für hohe Stromstärke.The at least one component to be measured is preferably an electronic component for a high voltage level, such as 60 V, or for a high current intensity.
Vorzugsweise weist die Platine einen Hochspannungsbereich und einen Niederspannungsbereich auf. Beispielsweise ist das mindestens eine zu messende Bauteil auf dem Hochspannungsbereich der Platine angeordnet, während der Niederspannungsbereich der Platine zur Messung dient. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Widerstand außerhalb des Hochspannungsbereichs angeordnet.The circuit board preferably has a high-voltage area and a low-voltage area. For example, the at least one component to be measured is arranged on the high-voltage area of the circuit board, while the low-voltage area of the circuit board is used for measurement. The first and second resistors are preferably arranged outside the high-voltage area.
Beispielsweise können der erste, der zweite sowie der zusätzliche Widerstand genau auf der Grenze zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich liegen. Dabei sollte ein Abstand zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspanungsbereich durch die geometrische Baugröße des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands überbrückt werden können. Ist dies aufgrund einer kleineren geometrischen Baugröße nicht möglich, kann ein Widerstand auch durch zwei oder beliebig viele in Reihe geschaltete Widerstände zum Erreichen des Abstands zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich ersetzt werden.For example, the first, the second and the additional resistance can be located exactly on the boundary between the high-voltage range and the low-voltage range. A distance between the high-voltage area and the low-voltage area should be able to be bridged by the geometric size of the first, the second and the additional resistor. If this is not possible due to a smaller geometric size, a resistor can also be replaced by two or any number of resistors connected in series to achieve the distance between the high-voltage area and the low-voltage area.
Das mindestens eine Bauteil kann jedes beliebige wärmeentwickelnde Bauteil sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Bauteil dabei als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Bevorzugt ist das mindestens eine Bauteil als Feldeffekttransistor (FET) oder IGBT (engl.: Insulated gate bipolar transistor) ausgebildet. Das mindestens eine Bauteil kann aber auch als Diode ausgebildet sein.The at least one component can be any heat-generating component. For example, the at least one component can be designed as a semiconductor switch. The at least one component is preferably designed as a field effect transistor (FET) or IGBT (insulated gate bipolar transistor). However, the at least one component can also be in the form of a diode.
Es wird auch ein Batteriesystem vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes elektronisches Gerät umfasst.A battery system is also proposed which comprises at least one electronic circuit proposed according to the invention and/or at least one electronic device proposed according to the invention.
Weiterhin wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes elektronisches Gerät und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst.Furthermore, a vehicle is proposed which comprises at least one electronic circuit proposed according to the invention and/or at least one electronic device proposed according to the invention and/or at least one battery system proposed according to the invention.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Abstände zwischen den temperaturabhängigen Widerständen und den zu messenden Bauteilen bzw. zwischen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und dem Hochspannungsbereich reduziert werden. Somit können die temperaturabhängigen Widerstände bzw. die erfindungsgemäße elektronische Schaltung näher an die zu messenden Bauteile mit einem höheren Potential bzw. den Hochspannungsbereich angebracht werden und somit steht mehr Kupferfläche von Leiterbahnen auf der Platine zum Abführen der entstehenden Wärme zur Verfügung, was bedeutet, dass bei gleichem Bauraum mehr Wärme abgeführt werden kann. Dadurch kann ein elektronisches Gerät, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung umfasst, auch kleiner aufgebaut werden.With the solution proposed according to the invention, the distances between the temperature-dependent resistors and the components to be measured or between the electronic circuit according to the invention and the high-voltage area can be reduced. Thus, the temperature-dependent resistances or the electronic circuit according to the invention can be attached closer to the components to be measured with a higher potential or the high-voltage range and thus more copper surface of conductor tracks on the circuit board is available for dissipating the heat generated, which means that more heat is dissipated with the same installation space can be. As a result, an electronic device that includes at least one electronic circuit proposed according to the invention can also be made smaller.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung ermöglicht darüber hinaus auch ein schnelleres Reagieren auf Temperaturänderung und somit eine schnellere Temperaturerfassung.The electronic circuit proposed according to the invention also enables a faster reaction to temperature changes and thus faster temperature detection.
Im Vergleich zu einer galvanischen Trennung zur Temperaturmessung, wie beispielsweise mittels Optokoppler und DC/DC-Wandler, bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung außerdem eine kostengünstigere Lösung zur Temperaturmessung an.Compared to a galvanic isolation for temperature measurement, such as by means of an optocoupler and DC/DC converter, the electronic circuit proposed according to the invention also offers a more cost-effective solution for temperature measurement.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Platine mit einer elektronischen Schaltung zur Temperaturmessung gemäß dem Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung einer Platine mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zur Temperaturmessung und -
3 eine Tabelle, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Temperatur, Widerstandswert und Spannung des als NTC-Widerstand ausgebildeten temperaturabhängigen Widerstands darstellt.
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1 a schematic representation of a circuit board with an electronic circuit for temperature measurement according to the prior art, -
2 a schematic representation of a circuit board with an electronic circuit according to the invention for temperature measurement and -
3 a table showing an example of the relationship between temperature, resistance value and voltage of the temperature-dependent resistor designed as an NTC resistor.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Hierbei handelt es sich bei dem zu messenden Bauteil 30 um ein elektronisches Bauteil 30, das sich auf einem hohen Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, befindet. Das Bauteil 30 kann beispielsweise als MOSFET, Diode oder sonstiges elektronisches Bauteil ausgebildet werden und stellt eine Wärmequelle dar.The
Die Platine 10 teilt sich dabei in einen Hochspannungsbereich 101 und einen Niederspannungsbereich 102 auf. Das zu messende Bauteil 30 ist dabei auf dem Hochspannungsbereich 101 der Platine 10 angeordnet, während der Niederspannungsbereich 102 der Platine 10 zur Messung dient. Zur Isolierung des Niederspannungsbereich 102 vom Hochspannungsbereich 101 ist dabei ein erster Abstand 103 zwischen dem Hochspannungsbereich 101 und dem Niederspannungsbereich 102 ausgelegt.The
Die elektronische Schaltung 20 umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand 200, einen ersten Widerstand 201, der als NTC- oder PTC-Widerstand ausgebildet sein kann, und ein Messmittel 201a, das zur Messung einer an den ersten Widerstand 201 abfallenden Spannung eingerichtet ist. Das Messmittel 201a umfasst dabei einen zusätzlichen Widerstand 203 und einen Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt). Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine erste Leitung 211 mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands 201 ist mit der Masse verbunden.The electronic circuit 20 includes a temperature-
Ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 ist über eine zusätzliche Leitung 213 mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des zusätzlichen Widerstand 203 und der zweite Anschluss der ersten Widerstands 201 sind dabei an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind an eine Spannungsversorgung von beispielsweise 3,3 V angeschlossen. Dabei ist der zweite Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine zweite Leitung 212 mit einem Anschluss der Spannungsversorgung verbunden. A first connection of the
Dabei liegt eine Versorgungsspannung U1 zwischen dem zweiten Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an, und eine Messspannung U2, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig ist, liegt zwischen dem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an. Die Messspannung U2 wird dabei von dem Analog-Digital-Wandler abgelesen.In this case, a supply voltage U1 is present between the second connection of the temperature-
Der temperaturabhängige Widerstand 200 und das Bauteil 30 sind dabei einander gegenüber in dem ersten Abstand 103 angeordnet. Dabei stellt der temperaturabhängige Widerstand 200 mit dem ersten Widerstand 201 einen Spannungsteiler dar, der die Messspannung U2 ergibt. Der zusätzliche Widerstand 203 dient dem Schutz von mit ihm verbundenen elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise eines Analog-Digital-Wandlers, eines Spannungsfolgers und eines Komparators, die einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweisen. Zwischen dem zusätzlichen Widerstand 203 und der Masse, also dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201, muss noch ein entsprechender Schutz gegen zu hohe Spannungen am Analog-Digital-Wandler-Eingang durch z. B. eine Diode zur Masse vorgesehen werden. Die erste Leitung 211 sowie die zusätzliche Leitung 213 brauchen nur einen zweiten Abstand 104, der kleiner als der ersten Abstand 103 ist, zum Hochspannungsbereich 101 aufzuweisen, da hier im Falle einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Leitung 211 und einem hohen Spannungspotential der Stromfluss durch den ersten Widerstand 201 stark begrenzt wird. Die zweite Leitung 212 muss den höheren, ersten Abstand 103 einhalten, da es hier bei einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Leitung 212 und dem höheren Spannungspotential zu einem direkten Kurzschluss zur Versorgungsspannung U1 kommt. In der ersten Leitung 211 und der zusätzlichen Leitung 213 kann bei Kontakt zum Hochspannungsbereich 101 der Strom ebenfalls unbegrenzt nach der Spannungsversorgung fließen, wenn der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 bei hohen Temperaturen gegen Null geht. Daher müsste in diesem Fall der zweite Abstand 104 ebenso wie der erste Abstand 103 gewählt werden.The temperature-
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Hierbei handelt es sich bei dem zu messenden Bauteil 30 ebenfalls um ein elektronisches Bauteil 30, das sich auf einem hohen Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, befindet. Das Bauteil 30 kann beispielsweise als MOSFET, Diode oder sonstiges elektronisches Bauteil ausgebildet werden und stellt eine Wärmequelle dar.The
Die Platine 10 teilt sich dabei in einen Hochspannungsbereich 101 und einen Niederspannungsbereich 102 auf. Das zu messende Bauteil 30 ist dabei auf dem Hochspannungsbereich 101 der Platine 10 angeordnet, während der Niederspannungsbereich 102 der Platine 10 zur Messung dient. Zur Isolierung des Niederspannungsbereichs 102 vom Hochspannungsbereich 101 ist dabei ein erster Abstand 103 zwischen dem Hochspannungsbereich 101 und dem Niederspannungsbereich 102 ausgelegt.The
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand 200, der als NTC- oder PTC-Widerstand ausgebildet sein kann, und einen ersten Widerstand 201 und ein Messmittel 201a, das zur Messung einer an den ersten Widerstand 201 abfallenden Spannung eingerichtet ist. Das Messmittel 201a umfasst dabei einen zusätzlichen Widerstand 203 und einen Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt). Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine erste Leitung 211 mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands 201 ist dabei mit der Masse verbunden. Ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 ist über eine zusätzliche Leitung 213 mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind dabei an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen.The electronic circuit 20 proposed according to the invention comprises a temperature-
Um den Abstand des temperaturabhängigen Widerstands 200 zum Bauteil 30 vom ersten Abstand 103 auf den zweiten Abstand 104 zu reduzieren, umfasst die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 ferner einen zweiten Widerstand 202.In order to reduce the distance between the temperature-
Dabei ist ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine zweite Leitung 212 mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands 202 elektrisch verbunden. Der erste Widerstand 201, der temperaturabhängige Widerstand 200 und der zweite Widerstand 202 sind somit in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler.In this case, a second connection of the temperature-
Ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands 202 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind dabei an eine Spannungsversorgung von beispielsweise 5 V angeschlossen. Dabei liegt eine Versorgungsspannung U1 zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands 202 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an, und eine Messspannung U2, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig ist, liegt zwischen einem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an. Es ist auch möglich, dass der zweite Anschluss des zweiten Widerstands 202 mit der Masse verbunden ist, während der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 mit dem anderen Anschluss der Spannungsversorgung verbunden ist.A second connection of the
Der Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands 201, 202, 203 ist so auszuwählen, dass jeder der Widerstände 201, 202, 203 die Verlustleistung, die an ihm beispielweise im Falle einer elektrischen Verbindung der zu messenden Bauteile 30 bzw. der Leiterbahnen des Hochspannungsbereiches 101 und der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 20 aufgrund des geringeren Abstands dazwischen entstehen könnte, zerstörungsfrei überstehen kann. Darüber hinaus ist die Auswahl des Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands 201, 202, 203 von der gewünschten Messgenauigkeit und auch von dem Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig.The resistance value of the first, the second and the
Beispielsweise liegt das Spannungsniveau des Hochspannungsbereiches 101 auf 60 V. Der Widerstandswert des ersten Widerstands 201 ist so zu wählen:
Der Widerstandswert des zweiten Widerstands 202 ist so zu wählen:
Die Berechnung des Widerstandswertes des zusätzlichen Widerstands 203 kann gleich der bei dem ersten Widerstands 201 sein. Der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstands 203 kann auch größer als der Widerstandswert des ersten und des zweiten Widerstands 201, 202 gewählt werden. Es kommt auch auf den angeschlossenen Analog-Digital-Wandler oder die entsprechende Auswerteschaltung an.The calculation of the resistance value of the
Hierbei können der erste und der zweite Widerstand 201, 202 einen gleichen Widerstandswert aufweisen. Ein anderes Widerstands-Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 201, 202 ist aber auch denkbar.In this case, the first and
Durch den ersten und den zweiten Widerstand 201, 202 gelten für die erste und die zweite Leitung 211 und 212 dieselben Bedingungen, sofern der erste und der zweite Widerstand 201, 202 einen gleichen Widerstandswert aufweisen. Somit kann der Abstand zwischen der zweiten Leitung 212 und dem Hochspannungsbereich 101 von dem ersten Abstand 103 auch auf den zweiten Abstand 104 reduziert werden. Ein direkter Kurzschluss kann dadurch nicht mehr auftreten. Hierbei sollen aber der erste, der zweite und der zusätzliche Widerstand 201, 202, 203 auch einen PAD-Abstand von mindestens dem ersten Abstand 103 einhalten. Je nach System kann beispielsweise 1,8 V, 3,3 V oder 5 V als Versorgungsspannung U1 genutzt werden.Because of the first and
Beispielsweise kann die Versorgungsspannung U1 für den temperaturabhängigen Widerstand 200 bei 5 V liegen, während eine Referenzspannung des Analog-Digital-Wandlers bei 3,3 V liegt. Wenn hierbei der erste und der zweite Widerstand 201, 202 auch den gleichen Widerstandswert aufweisen, würde sich für eine unendlich hohe Temperatur, d. h. der temperaturabhängige Widerstand 200 weist einen Widerstandswert von 0 Ω auf, am Analog-Digital-Wandler 2,5 V ergeben. Somit wird die 3,3 V-Referenzspannung fast komplett ausgenutzt. Durch eine Anpassung von dem ersten und dem zusätzlichen Widerstand 201, 203 kann dies noch weiter angepasst werden.For example, the supply voltage U1 for the temperature-
Die erste und die zweite Leitung 211, 212 werden jeweils durch den ersten oder den zweiten Widerstand 201, 202 begrenzt, wenn diese mit dem Hochspannungsbereich 101 in Berührung kommen.The first and the
Hierbei beträgt die Versorgungsspannung U1 5 V. Der erste und der zweite Widerstand 201, 202 weisen dabei jeweils einen Widerstandswert von 10 kΩ auf. Der temperaturabhängige Widerstand 200 weist einen Widerstandswert von 47 kQ bei einer Temperatur von 25 °C auf. Das Spannungsniveau des Hochspannungsbereichs 101 liegt auf 60 V.In this case, the supply voltage U1 is 5 V. The first and the
Dabei wird die Temperatur zwischen -50 °C und 300 °C gemessen. Genauer gemessen wird die Temperatur zwischen 0 °C und 100 °C. Der erste Widerstand 201 sollte bei Kontakt zum Hochspannungsbereich 101
Wird die Referenzspannung des Analog-Digital-Wandlers zu 2,5 V gewählt, erhöht sich die Messgenauigkeit. Durch andere Wahl des temperaturabhängigen Widerstands 200 und/oder der Begrenzungsmöglichkeiten kann hier das genau aufzulösende Temperaturfenster eingestellt werden.If the reference voltage of the analog-digital converter is chosen to be 2.5 V, the measurement accuracy increases. The temperature window to be precisely resolved can be set here by a different choice of the temperature-
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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