溫度測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用傳感器(4)測(cè)量至少一個(gè)電子部件的溫度的方法，該傳感器提供根據(jù)溫度的電壓。該方法包括以下步驟，其中：表示由傳感器(4)輸送的電壓的信號(hào)通過(guò)隔離差分放大器(13)，來(lái)自所述隔離差分放大器(13)的輸出信號(hào)用于確定由傳感器(4)測(cè)量的溫度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】溫度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用設(shè)置在高電壓環(huán)境中的傳感器的溫度測(cè)量方法。傳感器例如位于 承載功率部件的印刷電路板上。這些功率部件例如形成逆變器的一部分，如圖1所示。

【背景技術(shù)】
[0002] 在該圖1中，可見(jiàn)看見(jiàn)，在此為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（英語(yǔ)稱(chēng)為CTN)的傳感器100 通過(guò)輸送低電壓（例如5V量級(jí)）的電壓源101供電。該傳感器100設(shè)置在與功率逆變器 的開(kāi)關(guān)單元102相同的基板，每個(gè)這些單元102例如尺寸設(shè)置為用于承受430V的電壓和最 大值為350A的電流。逆變器的高電壓電路和傳感器100的低電壓電路之間的隔離通過(guò)硅 樹(shù)脂膠覆蓋基板被確保。該隔離承受1.5kV量級(jí)的電壓。但是，如果更高的電壓在高電壓 電路和低電壓電路之間提供時(shí)，膠提供的電隔離不足夠，這可在高電壓電路的情況下發(fā)生。
[0003] 為了保護(hù)傳感器100,則必須添加一個(gè)或多個(gè)附加隔離屏障，這可耗費(fèi)空間和金 錢(qián)。
[0004] 需要在高電壓環(huán)境中通過(guò)保護(hù)傳感器不受高壓電路中的任意事件影響而執(zhí)行隔 離溫度測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主題設(shè)計(jì)與該需求相對(duì)應(yīng)且其實(shí)現(xiàn)該主題，根據(jù)其一個(gè)方面，利用通過(guò) 傳感器測(cè)量至少一個(gè)電子部件的溫度的方法，特別是屬于高電壓電路且被提供高電壓的部 件，該傳感器特別地被提供有低電壓，且傳輸根據(jù)所述溫度的電壓，在該方法中：
[0006] -表示在傳感器端子處的電壓的信號(hào)通過(guò)隔離差分放大器，和
[0007] -來(lái)自該隔離差分放大器的輸出信號(hào)用于確定電子部件的溫度。
[0008] 根據(jù)上述方法，隔離差分放大器的電流隔離用于保護(hù)溫度傳感器。由于該電流隔 離，差分放大器被稱(chēng)為"隔離的（isolated) "。
[0009] 上述方法可使用測(cè)量電路，該測(cè)量電路的在隔離差分放大器輸入部上游的部分處 于商電壓環(huán)境中，該測(cè)量電路的在隔尚差分放大器輸出部下游的部分處于低電壓環(huán)境中。 電流隔離由此用于將測(cè)量電路的這兩個(gè)部分隔離。差分放大器的隔離可以是電容類(lèi)型的。 作為變體，其可以是電感類(lèi)型的隔離。
[0010] 差分放大器可實(shí)現(xiàn)其他功能，例如，將源于溫度傳感器的電壓值變?yōu)橛糜跀?shù)字處 理級(jí)的可接受值范圍，例如，將該處理級(jí)的輸入電壓變?yōu)?至5V的值，以便避免添加專(zhuān)用于 執(zhí)行電流隔離的部件。本發(fā)明可由此用于通過(guò)最佳地使用現(xiàn)有部件而減小與執(zhí)行電流隔離 相關(guān)的空間需求和成本。
[0011] 由隔離的差分放大器提供的隔離可用于抵抗4kV的峰值電壓。該隔離可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) UL 1577 或 IEC 60747-5-2 被評(píng)估。
[0012] 高電壓電路例如被提供有傳輸0至430V電壓的電壓源，其特別是430V的量級(jí)。
[0013] 溫度傳感器特別由4. 5V至5. 5V之間的電壓供電，特別是5V的量級(jí)，該電壓與高 電壓環(huán)境隔尚。
[0014] 該方法可包括一步驟，在于獲得傳感器端子處的電壓和其測(cè)量的溫度之間的線(xiàn)性 關(guān)系。該步驟可通過(guò)隔離的差分放大器輸入部上游的線(xiàn)性化級(jí)執(zhí)行。該線(xiàn)性化級(jí)可包括安 裝在溫度傳感器的電壓源和地線(xiàn)之間的電阻橋。這種結(jié)構(gòu)可用于獲得用于隔離差分放大器 的差分電壓。
[0015] 對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的情況，當(dāng)溫度傳感器具有根據(jù)溫度指數(shù)地變化的電 阻，其傳輸?shù)碾妷褐悼呻y以使用。線(xiàn)性化步驟使得測(cè)量結(jié)果更可用。
[0016] 線(xiàn)性化級(jí)可包括在溫度傳感器端子處的電阻器，當(dāng)溫度為50°C時(shí)，其具有等于溫 度傳感器電阻值的值。
[0017] 由于線(xiàn)性化，不是必須使用具有過(guò)大輸入電壓范圍的隔離差分放大器。
[0018] 線(xiàn)性化仍可被使用，以能夠當(dāng)傳感器被提供非常低電流時(shí)測(cè)量溫度。為了獲得線(xiàn) 性關(guān)系，包括用于通常為-30°C量級(jí)的低溫，對(duì)于這些通常為-30°C的低溫的溫度傳感器的 電阻值可施加在溫度傳感器端子處的電阻器上。
[0019] 來(lái)自線(xiàn)性化級(jí)的輸出信號(hào)例如是幾 mV量級(jí)的電壓，例如范圍直到5mV。
[0020] 作為變體，該方法可沒(méi)有該線(xiàn)性化步驟。
[0021] 來(lái)自該隔離差分放大器的輸出信號(hào)可被接收用作比較器的參照地線(xiàn)的輸入。
[0022] 來(lái)自比較器的輸出信號(hào)可被接收用作用于確定由傳感器測(cè)量的溫度的處理級(jí)的 輸入。該處理級(jí)可包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理單元。數(shù)字處理單元特別地包括至少 一個(gè)微控制器或至少一個(gè)微處理器。
[0023] 隔離差分放大器可包括限制所述放大器的輸入電流的系統(tǒng)和限制所述放大器的 輸出電流的系統(tǒng)。由此，在隔離差分放大器輸入部或輸出部處的過(guò)大電流的情況下，隔離損 壞的風(fēng)險(xiǎn)可被減小，這些過(guò)高電流值能夠?qū)е驴捎绊懜綦x的電阻器的明顯散熱。
[0024] 傳感器和隔離差分放大器可安裝在同一印刷電路板上。
[0025] 印刷電路板可還包括溫度要被測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)電子部件。這些電子部件特別地 每個(gè)具有大于或等于lkW的標(biāo)稱(chēng)功率。這些例如是逆變器的開(kāi)關(guān)單元。這些開(kāi)關(guān)單元可包 括功率晶體管，二極管與之并聯(lián)安裝。逆變器可形成逆變器/充電器電路的一部分，該電路 還包括電馬達(dá)和電池，該電路被并入在電動(dòng)或混合動(dòng)力車(chē)輛中。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的另一主題還是一種用于通過(guò)由溫度傳感器輸送 的電壓測(cè)量溫度的電路，所述電路包括：
[0027] -隔離差分放大器，將表示由傳感器測(cè)量的溫度的電壓作為輸入接收，和
[0028] -處理級(jí)，其構(gòu)造用于根據(jù)來(lái)自隔離差分放大器的輸出信號(hào)確定測(cè)量的溫度，
[0029] 隔離差分放大器實(shí)現(xiàn)其輸入部和其輸出部之間的電流隔離。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的主題還有系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0031] -上述電路，和
[0032] -溫度傳感器。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 在閱讀以下非限制性實(shí)施例以及查看附圖時(shí)可更好地理解本發(fā)明，在附圖中： [0034] 圖1示出印刷電路板，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的溫度測(cè)量在其上執(zhí)行，
[0035] 圖2示出印刷電路板，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度測(cè)量在其上執(zhí)行，
[0036] 圖3詳細(xì)示出溫度傳感器和其測(cè)量溫度的部件，
[0037] 圖4以功能塊形式示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量電路，
[0038] 圖5和6以結(jié)構(gòu)方式示出圖4中的電路的不同塊，和
[0039] 圖7是顯示在線(xiàn)性化之后的溫度和在傳感器端子處的電壓之間的關(guān)系的曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 圖2示出組件1，在其內(nèi)可執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的例子的方法。該組件1包括具 有多個(gè)開(kāi)關(guān)單元2的逆變器。在所考慮的例子中，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元2通過(guò)晶體管（例如，場(chǎng)效 應(yīng)晶體管）和二極管并聯(lián)組合而形成。在所述例子中每個(gè)晶體管是M0S晶體管。圖2所示 的逆變器包括三個(gè)分支，每個(gè)分支具有兩個(gè)開(kāi)關(guān)單元2。
[0041] 每個(gè)單元2例如構(gòu)造為承受大約十安培量級(jí)的電流，特別是350A，和在其端子處 的幾百伏的電壓，例如430V。在所考慮的例子中，逆變器屬于高電壓電路。
[0042] 如可見(jiàn)，溫度傳感器4設(shè)置在逆變器處，在其兩個(gè)分支之間。溫度傳感器4在此處 是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（英語(yǔ)為CTN)。該傳感器4由通過(guò)測(cè)量電路10傳送4. 5V至5. 5V 量級(jí)電壓（即低電壓）的電壓源供電，該測(cè)量電路將在以下描述。電路10為傳感器4供應(yīng) 有相對(duì)于逆變器的高電壓隔離的低電壓。
[0043] 傳感器4構(gòu)造用于測(cè)量開(kāi)關(guān)單元2的至少一個(gè)的溫度。
[0044] 在所考慮的例子中，傳感器4和逆變器被承載在相同介質(zhì)上，諸如印刷電路板5。
[0045] 如圖3所示，在傳感器4端子處測(cè)量的電壓在電路10的輸入端處被接收。
[0046] 電路10以功能方式在圖4中示出，各功能具有塊的形式，其可對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明 的方法的步驟。
[0047] 電路10包括線(xiàn)性化級(jí)12,如圖5詳細(xì)示出。該級(jí)12構(gòu)造為建立傳感器4提供的 電壓和一個(gè)或多個(gè)單元2的溫度之間的線(xiàn)性關(guān)系。級(jí)12例如用作電壓衰減器，其具有一比， 該比被選擇使得，在以后描述的級(jí)13的輸入端處的電壓與該級(jí)13的操作匹配。級(jí)12例如 包括安裝在傳感器4的電源和地線(xiàn)之間的電阻橋。
[0048] 與傳感器4并聯(lián)安裝的電阻器可具有等于傳感器4的電阻值的大體恒定的值（當(dāng) 溫度大約為50°C時(shí)）。傳感器4端子處的電壓和溫度之間的線(xiàn)性關(guān)系可由此在一溫度范圍 上獲得，該溫度范圍特別是在50°C至125°C之間。電阻橋的總體電阻值可通過(guò)設(shè)定冷值（例 如在30°C時(shí)接近250mV)和熱值（例如在125°C時(shí)為5mV)而計(jì)算，這些電壓值可從級(jí)13看 出。圖7示出線(xiàn)性化級(jí)12的輸出電壓和由傳感器4測(cè)量的溫度之間的關(guān)系。
[0049] 如可見(jiàn)，基本線(xiàn)性的關(guān)系可在寬的溫度范圍上獲得，特別是對(duì)50°C至120°C之間 的溫度。
[0050] 來(lái)自線(xiàn)性化級(jí)12的輸出信號(hào)被接收，作為具有使傳感器4和電路10的在級(jí)13輸 入部上游的部分與電路10的其余部分電流隔離的功能的級(jí)13的輸入。在所考慮的例子中， 該級(jí)13包括隔離差分放大器。
[0051] 來(lái)自線(xiàn)性化級(jí)的輸出信號(hào)則在隔離差分放大器的兩個(gè)輸入端子15和16之間接 收。由該差分放大器提供的電流隔離14(例如電容或電感類(lèi)型的）用于執(zhí)行隔離溫度測(cè)量。 該隔離差分放大器例如由Texas Instruments?公司以標(biāo)號(hào)AMC1200售賣(mài)。
[0052] 在該例子中，電流隔離14源自于差分放大器的輸入部和輸出部之間設(shè)置的二氧 化硅屏障。信號(hào)在該放大器的非反向輸出端子18和反向輸出端子19之間離開(kāi)隔離差分放 大器。
[0053] 信號(hào)則驅(qū)動(dòng)圖6所示的比較級(jí)20。在所考慮的例子中，該級(jí)20包括運(yùn)算放大器。 差分放大器的非反向輸出端子18例如直接或經(jīng)由中間部件（諸如電阻器）連接到運(yùn)算放 大器的非反向輸入端子22。在所述例子中，該端子22還經(jīng)由電阻器24連接到地線(xiàn)。仍在 圖6的例子中，級(jí)13的反向輸出端子19經(jīng)由電阻器連接到運(yùn)算放大器的反向輸出端子23。
[0054] 級(jí)20特別用于將來(lái)自傳感器4的信號(hào)參照地線(xiàn)。級(jí)20的輸出通過(guò)運(yùn)算放大器的 輸出端子26形成。
[0055] 來(lái)自級(jí)20的輸出信號(hào)則驅(qū)動(dòng)處理級(jí)30,用于確定通過(guò)傳感器4測(cè)量的溫度。該級(jí) 30例如包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和微控制器或微處理器。
[0056] 本發(fā)明不限于剛剛已經(jīng)描述的示例。
[0057] 當(dāng)電路10包括級(jí)13用于將電路10的在級(jí)13上游的部分與電路10的在該級(jí)13 下游的部分隔離時(shí)，電路10可特別地沒(méi)有包括圖4所示的全部級(jí)。
[0058] 表達(dá)方式"包括一個(gè)"應(yīng)理解為"包括至少一個(gè)"，除了特別說(shuō)明相反時(shí)。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用傳感器（4)測(cè)量至少一個(gè)電子部件（2)的溫度的方法，該傳感器傳輸根據(jù) 所述溫度的電壓，在該方法中： -表示由傳感器（4)輸送的電壓的信號(hào)通過(guò)隔離差分放大器（13)，該隔離差分放大器 (13)呈現(xiàn)被所述信號(hào)通過(guò)的電流隔離（14)，和 -來(lái)自該隔離差分放大器（13)的輸出信號(hào)用于確定電子部件（2)的溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括步驟（12)，該步驟在于獲得傳感器（4)輸送的電壓 和電子部件（2)的溫度之間的線(xiàn)性關(guān)系。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，來(lái)自該隔離差分放大器（13)的輸出信號(hào)被接 收用作參照地線(xiàn)的比較器（20)的輸入。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，來(lái)自比較器的輸出信號(hào)被接收用作對(duì)處理級(jí)（30) 的輸入。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，該處理級(jí)（30)包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理 單元。
6. 如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，由隔離差分放大器（13)提供的電流 隔離是電容或電感類(lèi)型。
7. 如前一權(quán)利要求中所述的方法，其中，傳感器（4)和隔離差分放大器（13)安裝在同 一印刷電路板（5)上。
8. 如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，印刷電路板（5)還包括溫度要被測(cè)量的一 個(gè)或多個(gè)電子部件（2)，每個(gè)所述電子部件（2)特別地具有大于或等于lkW的標(biāo)稱(chēng)功率。
9. 如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，為了確定電子部件（2)的溫度，使用 測(cè)量電路（10)，該測(cè)量電路的在隔離差分放大器（13)輸入部上游的部分處于高電壓環(huán)境 中，該測(cè)量電路的在隔離差分放大器（13)輸出部下游的部分（20、30)處于低電壓環(huán)境中。
10. -種用于由溫度傳感器（4)輸送的電壓測(cè)量溫度的電路（10)，所述電路包括： -隔離差分放大器（13)，將表示由傳感器（4)測(cè)量的溫度的電壓作為輸入接收，和 -處理級(jí)（30)，其構(gòu)造用于根據(jù)來(lái)自隔離差分放大器（13)的輸出信號(hào)確定測(cè)量的溫 度， 隔離差分放大器（13)呈現(xiàn)其輸入部和其輸出部之間的電流隔離。
11. 一種系統(tǒng)，包括： -電路（10)，如權(quán)利要求10所述，和 -溫度傳感器（4)。
【文檔編號(hào)】G01K7/24GK104114986SQ201280069875
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】L.本達(dá)尼, M.阿斯克爾 申請(qǐng)人:法雷奧電機(jī)控制系統(tǒng)公司