CN109682491A - 一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车,包括IGBT模块、自振荡电路、数字隔离器和主控制芯片,所述IGBT模块内设有热敏器件,所述IGBT模块通过热敏器件与自振荡电路连接,所述自振荡电路的输出端与数字隔离器的输入端连接,所述数字隔离器的输出端与主控制芯片的输入端连接。本发明通过将热敏器件的阻值转换成数字信号传输,由于采用数字信号可降低供电电源对采样信号的精度影响,具有更好的抗干扰能力,而且可减少由于采用线性隔离器件所带来的温漂、零漂、非线性度以及增益误差等的精度影响。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域,尤其是一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车。
背景技术
目前监控IGBT温度的主要方式有两种,它们分别具有以下缺陷:(1)非隔离的电阻分压方式:虽然电路简单,但是模块内部的热敏器件部分和低压控制电路之间没有隔离,只能保证基本绝缘的要求;(2)采用线性隔离器的隔离采样方式:使用线性隔离芯片,线性隔离芯片由于温漂、零漂、非线性度以及增益误差等带来的精度影响较大,且成本较高。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车,通过将热敏器件的阻值转换成数字信号传输,具有更好的抗干扰能力,而且可减少由于采用线性隔离器件所带来的温漂、零漂、非线性度以及增益误差等的精度影响。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是:
第一方面,本发明提供了一种温度采样电路,包括IGBT模块、自振荡电路、数字隔离器和主控制芯片,所述IGBT模块内设有热敏器件,所述IGBT模块通过热敏器件与自振荡电路连接,所述自振荡电路的输出端与数字隔离器的输入端连接,所述数字隔离器的输出端与主控制芯片的输入端连接。
进一步地,所述自振荡电路设有第三电阻、滤波电容和比较器,所述比较器的第一输入脚连接供电端口,所述比较器的第二输入脚经滤波电容连接参考地,所述比较器的第一输入脚经第三电阻接入比较器的输出端,所述比较器的第二输入脚经热敏器件接入比较器的输出端,所述比较器的输出端连接到数字隔离器的输入端。
进一步地,所述自振荡电路还设有第一电阻和第二电阻,所述第一电阻、第二电阻串接于供电端口和参考地之间,所述比较器的第一输入脚连接于第一电阻和第二电阻之间。
进一步地,所述滤波电容的容值介乎1nF~100nF之间。
进一步地,所述热敏器件的阻值随温度升高而变小。
进一步地,所述热敏器件的阻值随温度升高而变大。
第二方面,本发明还提出了一种线路板,布设有如上所述的温度采样电路。
第三方面,本发明还提出了一种电机控制器,包括有线路板,所述线路板布设有如上所述的温度采样电路。
第四方面,本发明还提出了一种电动汽车,包括有如上所述的一种电机控制器。
本发明的有益效果是:本发明采用的一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车,通过电子元器件与热敏器件组成自振荡电路,将热敏器件阻值转换成频率随阻值变化数字信号,相对于模拟信号具有更好的抗干扰能力,可降低供电电源误差造成的对采样信号精度成比例的影响,从而提高采样精度。采用通用的数字隔离器件即可实现需要的隔离要求,一方面可以减少线性隔离器件由于温漂、零漂、非线性度以及增益误差等带来的精度影响,另一方面数字隔离器相对于线性隔离器成本节约显著,具有显著的经济效益。
附图说明
图1是采用非隔离的电阻分压的模拟采样方式的电路原理图;
图2是采用线性隔离器隔离的模拟采样方式的电路原理图;
图3是本发明实施例的电路原理框图;
图4是本发明实施例的电路原理图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例中的各个特征可以相互结合,均在本发明的保护范围之内。
根据发明人所了解到的情况,目前在IGBT模块内部集成NTC电阻,通过NTC电阻阻值变化间接反映IGBT温度的方式仍是监控IGBT温度的主要方式。经过一定的电路变换,将变化的NTC阻值反映到变化的电信号,通过采样电信号的相关信息即可反算出NTC的阻值,并根据阻值与温度的对应关系反算出温度值。目前主流方式主要有以下两种方式实现:
1)非隔离的电阻分压的模拟采样方式(如图1所示):NTC直接通过电阻分压方式转换成电压信号,送到AD采样,根据采样到电压信号反算NTC阻值,进而得出NTC温度。
2)采用线性隔离器隔离的模拟采样方式(如图2所示):NTC通过电阻分压方式转换成电压信号,电压信号经过线性隔离放大器及调理电路后送到AD采样,根据采样到电压信号反算NTC阻值,进而得出NTC温度。
上述两种模拟采样的方式均需要通过电阻分压的方式将阻值信号转换成电压信号提供给AD采样,由于输出到AD采样的电压信号与所采用的电源电压的精度关系较大。电源电压精度较低会影响采样精度,而提高供电电源的精度势必会增加成本。同时两种采样方式还有以下的不足之处:
1)非隔离的电阻分压方式:这种方式虽然电路简单,但是模块内部的NTC部分和低压控制电路之间没有隔离。虽然在IGBT内部NTC和IGBT芯片相互独立,但由于内部绑定线失效位移等原因,NTC与IGBT之间只能保证功能绝缘的要求。对于需要满足基本绝缘以上的使用场合,此种方式不能满足安规的需求。
2)采用线性隔离器的隔离采样方式:由于需要隔离传输模拟信号,普通的低成本数字隔离器件无法使用,需要使用线性隔离芯片,线性隔离芯片由于温漂、零漂、非线性度以及增益误差等带来的精度影响较大,且成本较高。
基于此,本发明提供一种温度采样电路、线路板、电机控制器及电动汽车,通过将热敏器件的阻值转换成数字信号传输,具有更好的抗干扰能力,而且可减少由于采用线性隔离器件所带来的温漂、零漂、非线性度以及增益误差等的精度影响。
下面结合附图,对本发明实施例作进一步阐述。
如图3-4所示,本发明的一个实施例提供了一种温度采样电路,包括IGBT模块、自振荡电路、数字隔离器和主控制芯片,所述IGBT模块内设有热敏器件,所述IGBT模块通过热敏器件与自振荡电路连接,所述自振荡电路的输出端与数字隔离器的输入端连接,所述数字隔离器的输出端与主控制芯片的输入端连接。需要指出的是,热敏器件为NTC电阻或者PTC电阻。当热敏器件为NTC电阻,NTC电阻的阻值随温度升高而变小;当热敏器件为PTC电阻,PTC电阻的阻值随温度升高而变大。
本发明实施例中以NTC电阻为例说明,PTC电阻与之同理而不作详细介绍。
自振荡电路设有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C和比较器,第一电阻R1、第二电阻R2串接于供电端口和参考地之间,比较器的正脚连接于第一电阻R1和第二电阻R2之间,比较器的负脚经滤波电容C连接参考地,比较器的正脚经第三电阻R3接入比较器的输出端,比较器的负脚经NTC电阻接入比较器的输出端,比较器的输出端连接到数字隔离器的输入端。即利用第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C以及IGBT模块内部的NTC电阻组成自振荡电路,将NTC电阻的阻值转换成频率随阻值变化数字信号。
需要指出的是,自振荡电路部分还可以通过施密特反相器实现,结构会更加简单。
由于在较宽的温度范围(-40℃~150℃)内NTC阻值的变化从几百欧姆到一百多千欧姆之间,考虑到主控制芯片MCU对于脉冲采样的能力及脉冲频率分辨能力,振荡频率设定在几百Hz到几百kHz之间。同时考虑到NTC的损耗影响,滤波电容C的容值可选定在1nF~100nF之间。
优选地,本实施例中滤波电容C的容值为10nF。可根据C的值及振荡频率以及门限值配置合理的振荡电阻值。本实施例中选定的电阻值如下,第一电阻R1的阻值为3.3kΩ,第二电阻R2的阻值为2kΩ,第三电阻R3的阻值为4.7kΩ。
比较器可以为带PUSH-PULL输出的比较器,也可以是漏极开路的比较器外加PUSH-PULL的形式。
其中比较器和第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3组成精确门槛值的滞回比较器,两个门限值分别如下:
其中VOH和VOL分别为比较器输出的高电平电压和低电平电压值。具体实施例中VT1,VT2分别为2.51V和1.55V。
上述的滞回比较器、滤波电容C以及NTC电阻一起组成自振荡电路,振荡产生一定频率的矩形脉冲信号,震荡电路的周期和频率与NTC电阻的阻值具有如下关系:不同温度的NTC阻值对应的振荡周期为:
振荡频率为:
上述数字信号经过数字隔离器隔离后传送给主控制芯片MCU的脉冲计数端口进行计数,从而得到信号的频率与周期,从而对应出当前的NTC电阻的阻值,进而得到NTC电阻的温度。NTC电阻的阻值随温度升高而变小,具体实施例中,在-40℃~150℃温度变化时,其对应的频率范围为935Hz~660kHz之间。
具体实施时,通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C以及比较器,与NTC电阻组成自振荡电路,将NTC电阻的阻值转换成频率随阻值变化数字信号,数字信号通过普通的低成本数字隔离器件隔离传输后,送到主控制芯片的端口,通过对脉冲的计数获取信号的频率,根据振荡频率对应出NTC电阻的阻值,进而推算出NTC电阻的温度。
通过电子元器件与NTC电阻组成自振荡电路,将NTC阻值转换成频率随阻值变化数字信号,相对于模拟信号具有更好的抗干扰能力,可降低供电电源误差造成的对采样信号精度成比例的影响,从而提高采样精度。采用通用的数字隔离器件即可实现需要的隔离要求,一方面可以减少线性隔离器件由于温漂、零漂、非线性度以及增益误差等带来的精度影响,另一方面数字隔离器相对于线性隔离器成本节约显著,具有显著的经济效益。
此外,本发明的另一实施例还提供了一种线路板,该线路板布设有如上所述的温度采样电路。
在本实施例中,该线路板可以为单面板、双板面或多层线路板;另外,该线路板可以为由酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板或环氧玻璃布层压板构成的刚性线路板,也可以为由聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜或氟化乙丙烯薄膜构成的柔性线路板。
在本实施例中,由于该线路板布设有如上所述的温度采样电路,因此本实施例的线路板具有如上所述任一实施例中的温度采样电路所带来的功能或有益效果。即通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C以及比较器,与NTC电阻组成自振荡电路,将NTC电阻的阻值转换成频率随阻值变化数字信号,数字信号通过普通的低成本数字隔离器件隔离传输后,送到主控制芯片的端口,通过对脉冲的计数获取信号的频率,根据振荡频率对应出NTC电阻的阻值,进而推算出NTC电阻的温度。
另外,本发明的另一实施例还提供了一种电机控制器,该电机控制器包括有线路板,所述线路板布设有如上所述任一实施例中的温度采样电路所带来的功能或有益效果。即通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C以及比较器,与NTC电阻组成自振荡电路,将NTC电阻的阻值转换成频率随阻值变化数字信号,数字信号通过普通的低成本数字隔离器件隔离传输后,送到主控制芯片的端口,通过对脉冲的计数获取信号的频率,根据振荡频率对应出NTC电阻的阻值,进而推算出NTC电阻的温度。
此外,本发明的另一实施例还提供了一种电动汽车,该电动汽车包括有如上所述任一实施例中的电机控制器。在本实施例中,由于该电动汽车包括有如上所述的电机控制器,因此本实施例的电动汽车具有如上所述任一实施例中的电机控制器所带来的功能或有益效果,即即通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、滤波电容C以及比较器,与NTC电阻组成自振荡电路,将NTC电阻的阻值转换成频率随阻值变化数字信号,数字信号通过普通的低成本数字隔离器件隔离传输后,送到主控制芯片的端口,通过对脉冲的计数获取信号的频率,根据振荡频率对应出NTC电阻的阻值,进而推算出NTC电阻的温度。
以上所述,只是本发明的较佳实施例而已,本发明并不局限于上述实施方式,只要其以相同的手段达到本发明的技术效果,都应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种温度采样电路,其特征在于:包括IGBT模块、自振荡电路、数字隔离器和主控制芯片,所述IGBT模块内设有热敏器件,所述IGBT模块通过热敏器件与自振荡电路连接,所述自振荡电路的输出端与数字隔离器的输入端连接,所述数字隔离器的输出端与主控制芯片的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种温度采样电路,其特征在于:所述自振荡电路设有第三电阻、滤波电容和比较器,所述比较器的第一输入脚连接供电端口,所述比较器的第二输入脚经滤波电容连接参考地,所述比较器的第一输入脚经第三电阻接入比较器的输出端,所述比较器的第二输入脚经热敏器件接入比较器的输出端,所述比较器的输出端连接到数字隔离器的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种温度采样电路,其特征在于:所述自振荡电路还设有第一电阻和第二电阻,所述第一电阻、第二电阻串接于供电端口和参考地之间,所述比较器的第一输入脚连接于第一电阻和第二电阻之间。
4.根据权利要求2所述的一种温度采样电路,其特征在于:所述滤波电容的容值介乎1nF~100nF之间。
5.根据权利要求1所述的一种温度采样电路,其特征在于:所述热敏器件的阻值随温度升高而变小。
6.根据权利要求1所述的一种温度采样电路,其特征在于:所述热敏器件的阻值随温度升高而变大。
7.一种线路板,其特征在于:布设有如权利要求1-6任一所述的温度采样电路。
8.一种电机控制器,其特征在于:包括有线路板,所述线路板布设有如权利要求1-6任一所述的温度采样电路。
9.一种电动汽车,其特征在于:包括有如权利要求8所述的一种电机控制器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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