DE102022112594A1

DE102022112594A1 - Temperatursteuerschaltung, Vorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102022112594A1
Application number: DE102022112594.7A
Authority: DE
Inventors: Sujan Chandra Das; Subramanian Ravichandran
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023222320A1

Abstract

Eine verbesserte Temperatursteuerschaltung umfasst eine Vielzahl von zwei oder mehr Sensorabschnitten, die elektrisch parallel verbunden sind, wobei jeder Sensorabschnitt ein Sensorelement und eine Sensorelementsteuerung umfasst.

Description

Der steigende Bedarf an Temperatursensoren, die Temperatursteuerschaltungen von Sensorelementen nutzen können, erfordert eine kostengünstige Produktion, zum Beispiel durch Reduzierung des Material- und Energieverbrauchs. Eine wesentliche Voraussetzung für eine hohe Zuverlässigkeit ist das ordnungsgemäße Löten von Drähten (mechanisch, klimatisch, thermomechanisch, chemisch, thermisch, lichttechnisch usw.) in definierten geometrischen Dimensionen (Lötposition in Bezug auf den Chip, Positionierung usw.), typischerweise unter Verwendung von Lotpaste, Lotkugel und Lotstab. Die derzeit modernsten Technologien zum Löten von drahtkontaktierten elektronischen Bauteilen sind das Tauchlöten, das Überlauflöten und das Sintern von Lotpaste.
Diese Technologien führen jedoch zu einer hohen Temperaturbelastung sowohl des Drahtes als auch des Chips und zu einer hohen Flussmittelabscheidung auf Chipebene. Darüber hinaus ist das Recycling von unbenutztem Lotmaterial beim Tauch- und Überlauflöten erforderlich, was zu einer Anhäufung von Fremdmaterial führt. Hinzu kommt, dass die herkömmlichen Technologien nicht in der Lage sind, kleinere Chipabmessungen für die Massenproduktion anzupassen.
Beispiele für NTC-Thermistorelemente sind bekannt aus dem Dokument DE 10 2005 017 816 A1 .
Die herkömmliche Reihenschaltung von Sensorelementen dient dazu, Sensorelemente zu einer Temperatursteuerschaltung zu kombinieren. Reine Reihenschaltungen haben jedoch den Nachteil, dass bei Reihenschaltungen aufgrund von Unterbrechungen bei der Chipmontage eine hohe Ausschussrate entsteht. Herkömmliche Parallelschaltungen hingegen führen zu einem höheren Bedarf an Stromquellen.
Außerdem kann der Bedarf an hohen Spannungen in herkömmlichen Schaltkreisen den Platzbedarf und die räumlichen Abmessungen erhöhen, wenn ein Faradayscher Käfig für den Hochspannungsschutz benötigt wird.
In Anbetracht dessen wird somit eine verbesserte Temperatursteuerschaltung gewünscht.
Zu diesem Zweck wird eine Temperatursteuerschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. In den abhängigen Ansprüchen werden bevorzugte Ausführungsformen, eine Temperatursensorvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur angegeben.
Die Temperatursteuerschaltung besteht aus einer Auswerteschaltung und zwei oder mehr Sensorabschnitten. Jeder der zwei oder mehr Sensorabschnitte besteht aus einem Sensorelement und einer Sensorelementsteuerung. Die Sensorabschnitte sind elektrisch parallel verbunden.
Die Parallelschaltung der einzelnen Sensorabschnitte zueinander ermöglicht eine reduzierte Betriebsspannung, da an jedem der Abschnitte die volle Betriebsspannung anliegt. Ein Faradayscher Käfig ist somit nicht mehr erforderlich.
Außerdem ist durch die Bereitstellung einer Sensorelementsteuerung für jeden Sensorabschnitt sichergestellt, dass an jedes Sensorelement die optimalen Leistung oder Last angelegt ist. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Temperatursteuerungsschaltungen, bei denen - bei Parallelschaltung und ohne spezifische Sensorelementsteuerung - die Last für jedes einzelne Sensorelement aufgrund von Abweichungen im ohmschen Widerstand der einzelnen Sensorelemente der Sensorabschnitte unterschiedlich sein kann.
So können mit der oben genannten Konfiguration, insbesondere mit der Parallelschaltung der Sensorabschnitte und der Bereitstellung der Sensorelementsteuerung, Temperatursteuerschaltungen bereitgestellt werden, die bei Unterbrechungen durch mechanische Bewegungen eine Ausschussreduzierung von 2 % bis 10 % oder sogar mehr ermöglichen. Weiterhin ist die Erkennung einer unsachgemäßen Montage des Endprodukts vor Beginn der Endmontage möglich. Außerdem können die Kosten für die Herstellungsausrüstung, die Wartung und die Selbstkalibrierung des Schaltkreises und der Stromquelle gesenkt werden. Außerdem wird der Platzbedarf reduziert. Außerdem ist es möglich, schwache Lötstellen während der Verarbeitung zu erkennen.
Außerdem es möglich, individuelle Temperaturen der einzelnen Sensorelemente auszulesen und die entsprechenden Daten zu protokollieren. Außerdem ist es möglich, die Einzelwiderstände der einzelnen Sensorelemente auszuwerten.
Die Herstellung von Chips, zum Beispiel NTC, PTC oder anderen passiven Bauteilen, kann eine Wärmebehandlung erfordern (zum Beispiel Löten, Beschichtung, Alterung). Diese Erwärmung kann durch Anlegen von elektrischer Leistung (P=V*I=I^2*R) an ein Sensorelement erfolgen, auch bekannt als Joule-Erwärmung. Da die Temperatur des Elements eine Funktion der angelegten Leistung und eines Dissipationsfaktors ist, der mit der Wärmeleitung in die Umgebung des Sensorelements zusammenhängt und proportional zur erforderlichen Energie oder Leistung ist, um die Körpertemperatur des Chips um 1 Kelvin zu erhöhen, kann die gewünschte Temperatur durch Steuerung der angelegten Leistung erreicht werden, was über die Temperatursteuerschaltung möglich ist. Darüber hinaus ist es mit dieser Schaltung auch möglich, die Temperatur des Chips durch Messung des Widerstands während des Heizvorgangs zu erfassen.
Außerdem ist es möglich, dass das Sensorelement jedes Abschnitts ein Sensorelement mit einem temperaturabhängigen Widerstand ist. Insbesondere ist es möglich, dass das Sensorelement jeder Stufe aus einem Thermistor, einem NTC-Element (NTC = negativer Temperaturkoeffizient) und einem PTC (PTC = positiver Temperaturkoeffizient) ausgewählt ist.
So kann ein passives Element als Sensorelement verwendet werden.
Es ist möglich, dass die Sensorelementsteuerung einer jeden Stufe ein aktives Element aufweist. Insbesondere ist es möglich, dass das aktive Element der Sensorelementsteuerung ausgewählt ist aus einem Spannungssteuerelement, einem MOSFET (MOSFET = Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), einem stromgesteuerten Element, einem BJT (BJT = Bipolartransistor) und einer gesteuerten Stromquelle.
Es ist möglich, dass in jedem Sensorabschnitt das Sensorelement und die Sensorelementsteuerung elektrisch in Reihe oder parallel verbunden sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Temperatursteuerungsschaltungen mit Parallelschaltungen von Sensorelementen, bei denen die Last für die verschiedenen Sensorelemente nicht ausgeglichen ist, was zu einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit führt, ist die Last für die Sensorelemente wie oben beschrieben über die Sensorelementsteuerung individuell gesteuert, so dass eine ausgeglichene Last für jedes Sensorelement möglich ist. Somit wird die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert und die Lebensdauer der Sensorelemente erhöht.
Es ist möglich, dass die Auswerteschaltung aus einem Mikrocontroller, einem ASIC (ASIC = Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und einem FPGA (FPGA = Field Programmable Gate Array) ausgewählt wird.
Aus den Steuerungsparametern der einzelnen Sensorelementsteuerungen, wie zum Beispiel einer Spannung oder einem Strom, kann ein temperaturabhängiger Parameter des Sensorelements abgeleitet werden., Die Temperatur kann aus dem entsprechenden temperaturabhängigen Parameter abgeleitet werden. Diese Datenverarbeitung kann von der Auswerteschaltung durchgeführt werden. In der Auswerteschaltung können weitere Parameter, zum Beispiel Parameter für eine Anpassungskurve oder eine Nachschalg-Tabelle, hinterlegt werden, so dass aus dem temperaturabhängigen Parameter die aktuelle Temperatur berechnet werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass der temperaturabhängige Parameter des Sensorelements der Widerstand des Sensorelements ist.
Es ist möglich, dass jeder Sensorabschnitte einen Operationsverstärker umfasst. Der Operationsverstärker kann dazu verwendet werden, die Sensorelementsteuerung jedes Sensorabschnitts so anzusteuern, dass die Spannung und/oder der Strom, die an das Sensorelement des entsprechenden Sensorabschnitts angelegt sind, die optimalen Betriebsbedingungen aufweisen.
Zu diesem Zweck kann der entsprechende Operationsverstärker einen Eingang, einen invertierenden Eingang und einen Ausgang haben. Der Operationsverstärker kann mit seinem Ausgang an die Sensorelementsteuerung des entsprechenden Abschnitts angeschlossen werden. Der invertierende Eingang kann auch mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden werden. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers kann mit einem weiteren Schaltungselementblock der Temperatursteuerschaltung verbunden werden. Der zusätzliche Schaltungselementblock kann ein Spannungswandler sein, der elektrisch zwischen der Auswerteschaltung und den entsprechenden Operationsverstärkern verbunden ist. Der Spannungswandler der Temperatursteuerschaltung kann auch zwei Operationsverstärkern aufweisen, die elektrisch in Reihe geschaltet sein können.
Der Spannungswandler kann mit einem Steuersignal aus der Auswerteschaltung verwendet werden. Mit dem Spannungswandler kann ein Steuersignal, zum Beispiel ein PWM-Signal (PWM = Pulsweitenmodulation) in eine analoge Spannung umgewandelt und/oder verstärkt werden.
Der Spannungswandler kann insbesondere ein Serieninduktivitätselement und ein Parallelkondensatorelement umfassen, die als Tiefpassfilter fungieren.
Es ist möglich, dass jeder Sensorabschnitt zusätzlich einen Ausgangs-Operationsverstärker umfasst. Der Operationsverstärker kann elektrisch zwischen dem Sensorabschnitt und den Eingangsanschluss der Auswerteschaltung verbunden sein. Der Ausgangs-Operationsverstärker kann auch einen nicht-invertierenden Eingang, einen invertierenden Eingang und einen Ausgang aufweisen. Der Ausgang des Ausgangs-Operationsverstärkers ist elektrisch mit der Auswerteschaltung gekoppelt. Der invertierende Eingang ist elektrisch mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem Sensorabschnitte gekoppelt.
Außerdem ist es möglich, dass jeder Sensorabschnitt einen Spannungsteiler aufweist.
Der Spannungsteiler kann zwei Widerstandselemente aufweisen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, zum Beispiel zwischen dem Sensorelement des entsprechenden Abschnitts und Masse. An einem Knotenpunkt zwischen den beiden Widerstandselementen des Spannungsteilers ist der entsprechende nicht-invertierende Eingang des Aufgangs-Operationsverstärkers elektrisch mit dem Spannungsteiler verbunden.
Es ist möglich, dass die Temperatursteuerschaltung außerdem einen ADC (ADC = Analog-Digital-Wandler) umfasst, der elektrisch an einen Eingang der Auswerteschaltung angeschlossen ist.
Über den ADC kann die Temperatursteuerschaltung ein analoges Signal wie die oben beschriebene Spannung oder den Strom erhalten aus dem Abschnitt in ein digitales Signal umwandeln, das von der digitalen Schaltung der Auswerteschaltung verarbeitet werden kann.
Es ist möglich, dass der ADC einen Eingang für jeden der Sensorabschnitte hat.
Es ist möglich, dass die Temperatursteuerschaltung außerdem einen Spannungsteiler umfasst, der elektrisch mit dem ADC verbunden ist. Insbesondere kann der Spannungsteiler, der mit dem ADC verbunden ist, auch zwei Widerstandselemente umfassen, die elektrisch in Reihe zwischen einem Spannungsversorgungsanschluss der Temperatursteuerschaltung und Masse verbunden sind. Auch hier kann der ADC über einen Operationsverstärker mit dem Spannungsteiler gekoppelt sein, insbesondere mit dem zentralen Knotenpunkt zwischen den beiden Widerstandselementen des Spannungsteilers. Der Operationsverstärker, der mit dem an den Spannungsversorgungsanschluss angeschlossenen Spannungsteiler verbunden ist, kann einen Ausgang, einen nicht-invertierenden Eingang und einen invertierenden Eingang aufweisen, wobei der invertierende Eingang elektrisch mit dem Ausgang verbunden ist und der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Knoten zwischen den beiden Widerstandselementen des Spannungsteilers verbunden ist. Wie oben beschrieben, ist es möglich, dass die Temperatursteuerschaltung weiterhin den Spannungswandler umfasst, wobei der Spannungswandler elektrisch zwischen einem Ausgang der Auswerteschaltung und jeweiligen Eingängen der Sensorabschnitte angeordnet sein kann. Der Spannungswandler kann zwei Operationsverstärker umfassen, die elektrisch in Reihe zwischen der Auswerteschaltung und den Operationsverstärkern zur Ansteuerung der Sensorelementsteuerungen der Abschnitte verbunden sind. Insbesondere kann ein erster Operationsverstärker über seinen nicht-invertierenden Eingang mit der Auswerteschaltung elektrisch gekoppelt sein, während der invertierende Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers des Spannungswandlers elektrisch verbunden ist. Außerdem kann der Ausgang des ersten Operationsverstärkers des Spannungswandlers mit dem nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers des Spannungswandlers verbunden sein, wobei der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers zum Beispiel über ein Widerstandselement mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers des Spannungswandlers gekoppelt ist, wobei der Ausgang mit nicht-invertierenden Eingängen der entsprechenden Eingangs-Operationsverstärker gekoppelt ist, die die Sensorelementsteuerungen ansteuern.
Es ist möglich, dass die Anzahl der Sensorabschnitte zwei oder mehr beträgt. Insbesondere ist es möglich, dass die Anzahl der Sensorabschnitte 10 oder mehr, 100 oder mehr oder 1000 oder mehr beträgt. Eine bevorzugte Anzahl von parallelen Sensorabschnitten kann 40, 100 oder 500 betragen.
Wenn die Schaltung des Sensorschaltkreises als integrierte Schaltung in einem IC-Chip realisiert wird, ist die Anzahl der Sensorabschnitte praktisch unbegrenzt und kann sogar mehr als 10000 betragen, was eine extreme Präzision bei der Temperaturmessung der Sensorelemente ermöglicht.
Es ist möglich, die Temperatursteuerschaltung als Schaltung in einer Temperatursensorvorrichtung zu realisieren, so dass die Temperatursensorvorrichtung die oben beschriebene Temperatursteuerschaltung enthält.
Es ist möglich, dass in der Temperatursensorvorrichtung die Schaltung der Sensorabschnitte oder die Auswerteschaltung in einem Chip vorgesehen ist, der die Sensorelemente enthält.
Insbesondere ist es möglich, dass der Chip die aktiven Schaltungselemente der Sensorelementsteuerungen der Abschnitte und die aktiven Schaltungen des optionalen ADC und der Auswerteschaltung umfasst.
An einem Ausgangsanschluss der Auswerteschaltung kann eine Anzeige vorgesehen werden, so dass ein Umgebungsparameter wie ein Widerstand oder eine Temperatur entsprechend dem Widerstand der Sensorelemente angezeigt werden kann.
Es ist möglich, dass die Temperatursteuerschaltung außerdem einen Tiefpassfilter mit einem Serieninduktivitätselement und einem Parallelkondensatorelement umfasst.
Es ist möglich, dass die Temperatursteuerschaltung außerdem eine Anzeige zur kontinuierlichen Überwachung des Vorhandenseins eines fehlerhaften Sensorabschnitts umfasst.
In diesem Zusammenhang kann eine Sensorabschnitte oder sein Sensorelement während des Betriebs fehlerhaft werden, da der Betrieb mit einer Erwärmung verbunden sein kann und die Erwärmung zu einer schnelleren Materialdegradation führen kann.
Es ist möglich, dass die Sensorvorrichtung außerdem eine thermische Isolierung von einem oder mehreren Sensorelementen umfasst. Die Isolierung kann in Form von Drähten zu den Sensorelementen erfolgen, wobei der Draht/die Drähte eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die von Kupfer oder Aluminium aufweisen. Eine geringere Wärmeleitfähigkeit reduziert die elektrische Leistung, die zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Temperaturniveaus erforderlich ist.
Ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur mit einer Konfiguration wie oben beschrieben, insbesondere mit zwei oder mehr parallelen Sensorabschnitten, umfasst das Verteilen der Temperaturerfassung auf zwei oder mehr Sensorabschnitte, während die Leistung oder die Last an jedem Sensorabschnitt gesteuert wird.
Es ist möglich, dass der Spannungswandler zur Ansteuerung der Eingangs-Operationsverstärker, die die Sensorelementsteuerungen ansteuern, ein PWM-Analogspannungswandler ist (PWM = Pulsweitenmodulation).
Die Sensorelementsteuerungen können elektrisch zwischen die Sensorelemente und Masse verbunden werden, wobei ein weiteres Shunt-Element elektrisch zwischen der Sensorelementsteuerung und Masse verbunden werden kann. Der entsprechende Shunt kann verwendet werden, um den Stromfluss durch das Sensorelement über die Sensorelementsteuerung zu messen.
Die Spannungsteiler können verwendet werden, um eine entsprechende Spannung, die an den Spannungsteiler angelegt wird, um ein bestimmtes Verhältnis herabzustufen, wobei das Verhältnis durch das Verhältnis der beiden Widerstandswerte der Reihenschaltung von Widerstandselementen bestimmt ist.
Die Ausgangs-Operationsverstärker können als Spannungspuffer eingesetzt werden, um hochohmige Spannungssignale in niederohmige Spannungssignale umzuwandeln und den nachgeschalteten ADC und/oder Mikrocontroller vor Überspannung zu schützen.
Mit dem ADC können alle analogen Signale gelesen und in digitale Signale umgewandelt werden, die von der Auswerteschaltung gelesen werden.
Der Spannungswandler, zum Beispiel in Form eines PWM-Analogspannungswandlers, kann ein von der Auswerteschaltung bereitgestelltes PWM-Signal in ein analoges Signal umwandeln. Dieses analoge Signal kann dann als Teil der Sensorelementsteuerung, zum Beispiel über einen weiteren Spannungspuffer, der durch die Eingangs-Operationsverstärker realisiert ist, an den Gate-Anschluss des MOSFET angelegt werden.
Mit der Auswerteschaltung können numerische Berechnungen durchgeführt und die entsprechenden Prozessdaten an ein Display gesendet werden. Die Auswerteschaltung kann auch zur Steuerung des Stromflusses durch die Erfassungselemente verwendet werden, indem das Tastverhältnis eines PWM-Signals gesteuert wird, das an den Spannungswandler angelegt wird.
Es ist möglich, einen gemessenen Umgebungsparameter wie einen temperaturabhängigen Widerstand über die Steinhart-Hart-Gleichung in eine Temperatur umzurechnen.
Es ist möglich, dass das Verfahren zum Erfassen einer Temperatur die Bestimmung und/oder Messung eines Stroms durch ein oder mehrere oder alle Sensorelemente umfasst.
Die Funktionsprinzipien und die zentralen Schaltungselemente, die für die entsprechende Funktionalität sorgen, sind in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt.
In den Figuren:

1 zeigt eine Übersicht über die Schaltungsblöcke der Temperatursteuerschaltung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Chip zwischen zwei Drähten, auf dem das Sensorelement realisiert werden kann.
3 zeigt eine Vielzahl von drei Sensorabschnitten, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
4 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit, drei Sensorabschnitte zu realisieren.
5 veranschaulicht eine dritte Möglichkeit, drei Sensorabschnitte zu realisieren.
6 zeigt eine spezielle Variante der Temperatursteuerschaltung mit den Sensorabschnitten gemäß 3.

In 1 sind zentrale Funktionsblöcke der Temperatursteuerschaltung TCC dargestellt. Die Temperatursteuerschaltung TCC besteht aus einer Auswerteschaltung EVC und drei Sensorabschnitten SST, wobei die Temperatursteuerschaltung nicht auf drei Sensorabschnitte beschränkt ist, wie durch die drei Punkte angedeutet. Die Anzahl der Sensorabschnitte der Temperatursteuerschaltung ist im Wesentlichen nur durch die verfügbare Fläche beziehungsweise das verfügbare Volumen zum Aufbau der Sensorabschnitte begrenzt. Jeder Sensorabschnitt ist elektrisch parallel zu den jeweils anderen Sensorabschnitten gekoppelt. Jeder Sensorabschnitt SST besteht aus einem Sensorelement SE und einer Sensorelementsteuerung SEC. Das Sensorelement SE kann als Schaltungselement mit einem temperaturabhängigen Verhalten wie einem temperaturabhängigen Widerstand, zum Beispiel einem Thermistor THE, realisiert werden.
2 zeigt die Anordnung eines Chips CH an den beiden Spitzen der Drähte WI. Der Chip CH ist mit einer bestimmten Lötlänge SL an die Drähte WI gelötet.
Es ist möglich, dass der Chip CH im Wesentlichen nur die Sensorelemente SE, zum Beispiel die Thermistoren, enthält. Es ist aber auch möglich, dass der Chip CH eine Vielzahl weiterer Schaltungselemente der Temperatursteuerschaltung oder sogar alle Schaltungselemente der Temperatursteuerschaltung umfasst.
Über die Drähte WI kann elektrische Energie für den Betrieb der Temperatursteuerschaltung zugeführt werden, oder die Drähte können verwendet werden, um eine entsprechende Spannung oder einen entsprechenden Strom an das im Chip CH realisierte Sensorelement anzulegen.
Die Tatsache, dass das Sensorelement über die Sensorelementsteuerungen gesteuert wird, führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit und Lebensdauer, da die Last beziehungsweise die elektrische Verlustleistung am Chip CH gestruert wird und keine kritischen Werte überschreitet, die die mechanische Stabilität der Lötverbindung gefährden könnten.
3 zeigt eine mögliche Realisierung von drei parallelen Sensorabschnitten SST, wobei jeder Sensorabschnitt ein Widerstandselement als Sensorelement SE umfasst. Außerdem umfasst jeder Abschnitt eine Sensorelementsteuerung SEC. Die Sensorelementsteuerung SEC kann als aktiver Schalter, wie einen Feldeffekttransistor, wie einen MOSFET, realisiert werden, wie im linken Teil von 3 dargestellt. Der MOSFET umfasst einen Drain-Anschluss D, einen Source-Anschluss S und einen Gate-Anschluss G. Über den Gate-Anschluss G kann der elektrische Widerstand zwischen Source S und Drain D so konfiguriert werden, dass die Last beziehungsweise Verlustleistung am Sensorelement SE im rechten Teil von 3 gesteuert und auf unkritische Werte begrenzt wird.
In der in 3 gezeigten Konfiguration ist jeder Sensorabschnitte SST mit demselben elektrischen Potential verbunden, das von der Spannungsquelle bereitgestellt wird.
4 zeigt dagegen eine Variante der mehreren Sensorabschnitte SST, bei der in jedem Sensorabschnitt die Sensorelementsteuerung SEC als BJT (BJT = Bipolartransistor) realisiert ist, wie in 4 links dargestellt. Der BJT umfasst einen Kollektoranschluss C, einen Emitteranschluss E und einen Basisanschluss B, über den das Verhalten der Steuerung SEC bestimmt werden kann.
Auch hier wird, ähnlich wie in 3, jeder Sensorabschnitte SST mit demselben elektrischen Potential verbunden.
Im Gegensatz dazu zeigt 5 eine Version, bei der die einzelnen Sensorabschnitte SST über einzelne Stromversorgungsleitungen versorgt werden.
6 illustriert eine mögliche Realisierung der Temperatursteuerschaltung TCC, wobei die Temperatursteuerschaltung TCC die vier parallele Sensorabschnitte SST I, II, III, IV umfasst. Jeder Sensorabschnitt SST besteht aus einem Thermistor, der elektrisch in Reihe mit einem Halbleiterschalter geschaltet ist. Eine Elektrode des Thermistors, die das Sensorelement realisiert, ist mit einer Spannungsversorgungsleitung verbunden, während die jeweils andere Elektrode des Thermistors mit dem Halbleiterschalter und einem Spannungsteiler VD verbunden ist. Jeder Halbleiterschalter einer jeden Stufe SST realisiert die Sensorelementsteuerung und ist über ein Shunt-Schaltungselement mit Masse verbunden. Jeder Spannungsteiler VD umfasst eine Reihenschaltung von Widerstandselementen, wobei das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstandselemente die Spannungswandlungsrate bestimmt. Jeder der aktiven Halbleiterschalter, die die Sensorelementsteuerung SEC realisieren, ist mit einem Eingangs-Operationsverstärker gekoppelt, so dass es vier Eingangs-Operationsverstärker für die vier Stufen I, II, III, IV gibt. Die Eingangs-Operationsverstärker OPAMP sind zwischen dem Halbleiterschalter und dem Spannungswandler VC verbunden, der zwischen der Auswerteschaltung EVC und den entsprechenden Eingangs-Operationsverstärkern angeordnet ist. Der Spannungswandler VC umfasst zwei Operationsverstärkern, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Außerdem ist jeder Sensorabschnitte SST über die entsprechenden Spannungsteiler VD über einen Ausgangs-Operationsverstärker mit einem ADC verbunden, der die analogen Signale der Operationsverstärker in ein zusätzliches Signal zur Verarbeitung mit der Auswerteschaltung EVC umwandelt. Der ADC erhält die elektrische Leistung oder ein elektrisches Signal über einen weiteren Operationsverstärker, der die elektrische Leistung von einem weiteren Spannungsteiler VD erhält, der mit der Spannungsquelle VS verbunden ist.
Außerdem ist die Auswerteschaltung EVC mit einer Anzeige DSP gekoppelt, um die gemessene Temperatur optisch darzustellen.
Die Temperatursteuerschaltung ist nicht auf die oben dargestellten technischen Details beschränkt. Temperatursteuerschaltungen mit weiteren Schaltungselementen wie zum Beispiel weiteren Überspannungsschutzelementen oder weiteren Schaltungselementen zur Bereitstellung elektrischer Energie sind ebenfalls möglich.
Bezugszeichenliste

B: Basisanschluss
C: Kollektoranschluss
CH: Chip
D: Drain-Anschluss
DISP: Anzeige
E: Emitteranschluss
EVC: Auswerteschaltung
G: Gate-Anschluss
OPAMP: Operationsverstärker
S: Source-Anschluss
SE: Sensorelement
SEC: Sensorelementsteuerung
SL: Lötlänge
SST: Sensorabschnitte
DER: Thermistor
TCC: Temperatursteuerschaltung
VC: Spannungswandler
VD: Spannungsteiler
VS: Spannungsversorgung
WI: Draht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005017816 A1 [0003]

Claims

Temperatursteuerschaltung, umfassend - eine Auswerteschaltung (EVC), - zwei oder mehr Sensorabschnitte (SST), wobei - jeder Sensorabschnitt ein Sensorelement und eine Sensorelementsteuerung umfasst, - die Sensorabschnitte elektrisch parallel verbunden sind.
Temperatursteuerschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement jedes Abschnitts ausgewählt ist aus einem temperaturabhängigen Widerstandselement, einem Thermistor, einem NTC-Element, einem PTC-Element.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorelementsteuerung jedes Abschnitts ein aktives Element umfasst, das ausgewählt ist aus einem spannungsgesteuerten Element, einem MOSFET, einem stromgesteuerten Element, einem BJT, einer gesteuerten Stromquelle.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem Sensorabschnitt das Sensorelement und die Sensorelementsteuerung elektrisch in Reihe oder parallel verbunden sind.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteschaltung ausgewählt ist aus einem Computer, einem Mikrocontroller, einem ASIC und einem FPGA.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Sensorabschnitt einen Operationsverstärker zur Ansteuerung der Sensorelementsteuerung aufweist.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Sensorabschnitt einen Ausgangs-Operationsverstärker aufweist.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Sensorabschnitt einen Spannungsteiler aufweist.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einem ADC, der elektrisch an einen Eingang der Auswerteschaltung angeschlossen ist.
Temperatursteuerschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen Spannungsteiler, der elektrisch mit dem ADC verbunden ist.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einem Spannungswandler zwischen einem Ausgang der Auswerteschaltung und einem Eingang eines jeden Sensorabschnitts.
Temperatursteuerschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Spannungswandler zwei Operationsverstärker umfasst.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einem Tiefpassfilter, der ein Serieninduktivitätselement und ein Parallelkondensatorelement enthält.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Sensorabschnitte größer als 2, größer als 10, größer als 100 oder größer als 1000 ist.
Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Anzeige zur kontinuierlichen Überwachung des Vorhandenseins eines fehlerhaften Sensorabschnitts.
Temperatursensorvorrichtung, umfassend eine Temperatursteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Temperatursensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schaltung der Sensorabschnitte oder die Auswerteschaltung in einem Chip vorgesehen ist, der die Sensorelemente enthält.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine thermische Isolierung der Sensorelemente umfasst.
Temperatursensorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die thermische Isolierung die Verwendung eines Drahtes zu den Sensorelementen enthält, wobei der Draht eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) hat.
Verfahren zum Erfassen einer Temperatur unter Verwendung einer Temperatursensorvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend - Verteilung der Temperaturerfassung auf 2 oder mehr Sensorabschnitte bei gleichzeitiger Steuerung der Leistung oder Last an jedem Sensorabschnitt.
Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend die Bestimmung und/oder Messung eines Stroms durch ein oder mehrere oder alle Sensorelemente.