一种温度检测电路和温度控制系统的制作方法

1.本发明涉及温度检测技术领域，尤其涉及一种温度检测电路和温度控制系统。


背景技术：

2.在汽车工业领域，温度保护一直都是重中之重，市面上也有很多温度保护电路，如mcu(汽车微控制器)通过热敏电阻传感器(ntc)来收集环境温度，mcu根据环境温度的高低来开关器件。例如，在hod(方向盘离手检测控制板)加热的情况下，若环境温度过高，mcu就会关闭hod，且在做标定时，也会根据环境温度来做调整。
3.现有技术中，使用热敏电阻传感器检测环境温度，若要对多点进行监测，需要使用多个热敏电阻传感器，并将多个热敏电阻传感器并联连接，从而在电路板上单点有问题的情况下，其他热敏电阻传感器监测不到。此外，在将多个热敏电阻传感器并联连接的情况下，也需要使每一个热敏电阻传感器与mcu上的一个i/o口(输入输出端口)进行连接，这无疑需要占用多个i/o口资源。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种温度检测电路和温度控制系统，以解决至少解决多个热敏电阻传感器并联检测温度所存在的不足。
5.本发明实施例提供以下技术方案：
6.本发明实施例的一种温度检测电路，包括：
7.若干二极管，若干所述二极管依次串联连接，并与电源连接，所述二极管内的电流能够随外界温度的变化而变化；
8.采样电阻，所述采样电阻与若干所述二极管串联连接，用于采集所述二极管内的采样电流，并基于所述采样电流获取采样电压；
9.运算放大器，所述运算放大器与所述采样电阻连接，用于获取并放大所述采样电压；
10.控制器，所述控制器与所述运算放大器连接，用于获取所述运算放大器放大后的所述采样电压，并根据放大的所述采样电压获取温度值。
11.进一步地，所述温度检测电路还包括：
12.限流电阻，所述限流电阻与若干所述二极管串联连接，用于限制所述采样电流的大小。
13.进一步地，所述二极管为3个，以降低所述采样电阻的采样误差。
14.进一步地，在所述二极管为三个且分别为第一二极管、第二二极管、第三二极管的情况下，所述电源与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的阴极与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的阴极与所述采样电阻连接。
15.进一步地，所述采样电阻的阻值和所述限流电阻的阻值之和为500欧，以降低所述
采样电阻的采样误差。
16.进一步地，所述运算放大器包括：
17.第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述采样电阻的一端连接，其第二端与所述运算放大器的正向输入端连接；
18.第二电阻，所述第二电阻与所述第一电阻的第二端连接，并接地设置；
19.第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述采样电阻的另一端连接，其第二端与所述运算放大器的负向输入端连接；
20.第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端连接，其第二端与所述运算放大器的输出端连接。
21.进一步地，所述控制器基于所述放大后的所述采样电压获取所述二极管的温度特性参数k(temp)，并基于所述温度特性参数k(temp)获取所述二极管的温度。
22.进一步地，获取所述温度特性参数的公式如下：
23.k(temp)＝n*u/(uc*r5-u*(r5+r6))；
24.其中，n为二极管数量，uc为电源电压，u为所述运算放大器放大后的所述采样电压，r5为采样电阻，r6为限流电阻。
25.进一步地，所述电源为电源芯片，且电压为5v。
26.本发明实施例的一种温度控制系统，包括：
27.如上任一所述的温度检测电路；
28.过温保护电路，所述过温保护电路与所述温度检测电路的控制器连接；
29.其中，在所述控制器检测到所述温度检测电路中的二极管的温度大于或等于预设阈值的情况下，所述控制器启动所述过温保护电路。
30.与现有技术相比，本发明的一种温度检测电路，通过将若干二极管串联设置，从而在某一个二极管温度上升的情况下，采样电阻采集的采样电流会随温度进行变化，从而通过运算放大器和控制器能够获取二极管的温度值，本发明通过使用二极管替代现有的热敏电阻传感器，降低了成本，也解决了多个热敏电阻传感器并联易导致电路板单点有问题，其他热敏电阻传感器监测不到的问题；
31.进一步地，通过将若干二极管串联设置，若干二极管仅与控制器的一个i/o连接，也解决了现有技术中使用热敏电阻传感器需要占用多个i/o口资源的问题。
附图说明
32.图1为本发明实施例的温度检测电路的结构示意图；
33.图2为本发明实施例的温度检测电路的工作流程图；
34.图3为本发明实施例的基于二极管个数的二极管负载曲线和二极管温度特性曲线的仿真图；
35.图4为本发明实施例的基于采样电阻和限流电阻阻值之和的二极管负载曲线和二极管温度特性曲线的仿真图
36.图5为本发明实施例的温度检测电路的局部结构示意图；
37.本发明的附图标记如下：
38.10、二极管；11、第一二极管；12、第二二极管；13、第三二极管；
39.20、采样电阻；
40.30、运算放大器；31、第一电阻；32、第二电阻；33、第三电阻；34、第四电阻；
41.40、控制器；
42.50、限流电阻。
具体实施方式
43.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
45.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
46.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
47.现有技术中的温度检测电路通常是使用热敏电阻传感器来收集环境温度，如收集电路板温度，然后主芯片根据热敏电阻传感器收集的环境温度控制电路板上的器件，以在电路板上的温度过高的情况下，关闭对应的器件。如在电阻采集马达电流，电流会受温度的影响，主芯片根据当前的温度来调整马达的温度系数，因此如果不能精确获得马达电流的话，会存在马达过热损伤元器件的风险。
48.基于此，本发明利用二极管10的温度特性，以对电路板或其他元器件上的温度变
化做出响应，当某个点位温度超过了设定的温度阈值，控制器40就可以进行下一步安全性操作，避免故障发生，增加产品的可靠性，且使用二极管10串联连接也节省了控制器40的i/o资源，能够同时监控电路板上多个点的温度，相对于现有技术中使用热敏电阻传感器收集环境温度，使用二极管10检测温度，无疑降低了生产成本。
49.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
50.实施例1
51.如图1所示，本发明的一种温度检测电路，包括若干二极管10、采样电阻20、运算放大器30以及控制器40。其中，若干二极管10依次串联连接，并与电源连接，二极管10内的电流能够随外界温度的变化而变化；采样电阻20与若干二极管10串联连接，用于采集二极管10内的采样电流，并基于采样电流获取采样电压；运算放大器30与采样电阻20连接，用于获取并放大采样电压；控制器40与运算放大器30连接，用于获取运算放大器30放大后的采样电压，并根据放大的采样电压获取温度值。
52.进一步地，电源为电源芯片，且电压为5v。
53.其中，若干二极管10串联后可以间隔放置于电路板上，以对电路板上的多点进行检测，在电路板上任意一点的温度发生变化的情况下，二极管10内的电流均能够随电路板上温度的变化而变化。
54.具体地，在二极管10所处的环境温度变化的情况下，会影响到二极管10内部的扩散运动和漂移运动，其中，漂移运动相较于扩散运动会受到更大的影响，从而二极管10的伏安特性曲线也会发生变化，这就会导致在二极管10电路条件不变的情况下，仅有温度的变化就会导致二极管10所在回路的电流变化。
55.其中，在二极管10所在回路的电流变化之后，采样电阻20由于与若干二极管10串联连接，从而采样电阻20采集的采样电流即为二极管10内流通的电流，继而采样电阻20根据采样电流获取采样电压。
56.其中，采样电阻20的内部结构和工作原理为现有技术，在此不再赘述。
57.在其中的一些实施例中，采样电阻20的阻值可以为100欧。
58.其中，运算放大器30用于放大采样电压，且运算放大器30能够将微小的采样电压放大到可识别程度，且不用设定，可直接使用。
59.其中，控制器40为微控制器，如为mcu(微控制单元)。
60.进一步地，二极管10为3个，以降低采样电阻20的采样误差。
61.更进一步地，在二极管10为三个且分别为第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13的情况下，电源与第一二极管11的正极连接，第一二极管11的阴极与第二二极管12的正极连接，第二二极管12的阴极与限流电阻50的一端连接，限流电阻50的另一端与第三二极管13的正极连接，第三二极管13的阴极与采样电阻20连接。
62.如图2所示，在温度检测电路安装到电路板上且二极管10包括第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13的情况下，若电路板温度发生变化，第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13中至少一个二极管10的温度特性发生变化，继而导致第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13中至少一个二极管10内流通的电流发生变化，采样电阻20采集二极管10内的采样电流，继而根据采样电流获取采样电压，运算放大器30放大采样电压，并将放大后的采样电压发送到mcu(控制器40)，mcu对比数据后得出温度，并根据该温度判断是否
过温，在过温的情况下，mcu则启动过温保护。
63.进一步地，温度检测电路还包括限流电阻50，限流电阻50与若干二极管10串联连接，用于限制采样电流的大小。
64.其中，限流电阻50与若干二极管10串联连接，并串联入温度检测电路中，以限制温度检测电路中电流的大小。
65.在其中的一些实施例中，限流电阻50的阻值可以为100欧。
66.进一步地，采样电阻20的阻值和限流电阻50的阻值之和为200～800欧。
67.优选地，采样电阻20的阻值和限流电阻50的阻值之和为400～600欧。
68.更为优选地，采样电阻20的阻值和限流电阻50的阻值之和为500欧，以降低采样电阻20的采样误差。
69.如图3～4所示，获取二极管10在不同温度下电路中流过的电流大小的情况下，首先画出二极管10的温度特性曲线a，且温度特性曲线a越多，得到的结果就越精确，再根据原理图得出二极管10满足的负载曲线b，将两种曲线画在同一张图上，得出负载曲线b和温度特性曲线a在不同温度下的交点，根据这些交点就可以得出在不同温度下电路中流过的电流(采样电流)大小，将电流经过采样电阻20转换成电压(采样电压)，再经由mcu(控制器40)采集，mcu就可以根据采集的电压得出温度的大小。
70.考虑到mcu的ad采样误差，为了使误差更小，可以使用3个二极管10，使二极管10的负载曲线b的斜率更大，这样和温度特性曲线a的交点的间距就会比一个二极管10的更大，并且可以调节限流电阻50和采样电阻20的阻值之和也可以使负载曲线b上下平移，使负载曲线b和温度特性曲线a在变化最快的地方相交，而在限流电阻50和采样电阻20的阻值之和为500欧的情况下，二极管10的温度特性曲线a变化最大。
71.如图5所示，运算放大器30包括第一电阻31、第二电阻32、第三电阻33以及第四电阻34。其中，第一电阻31的第一端与采样电阻20的一端连接，其第二端与运算放大器30的正向输入端连接；第二电阻32与第一电阻31的第二端连接，并接地设置；第三电阻33的第一端与采样电阻20的另一端连接，其第二端与运算放大器30的负向输入端连接；第四电阻34的第一端与第三电阻33的第二端连接，其第二端与运算放大器30的输出端连接。
72.其中，第一电阻31、第二电阻32、第三电阻33、第四电阻34均为分压电阻。
73.其中，第一电阻31的阻值和第二电阻32的阻值均可以为3000欧；第三电阻33的阻值和第四电阻34的阻值均可以为5000欧。
74.进一步地，控制器40基于放大后的采样电压获取二极管10的温度特性参数k(temp)，并基于温度特性参数k(temp)获取二极管10的温度。
75.其中，获取温度特性参数的公式如下：
76.k(temp)＝n*u/(uc*r5-u*(r5+r6))；
77.其中，n为二极管10数量，uc为电源电压，u为运算放大器30放大的采样电压，r5为采样电阻20，r6为限流电阻50。
78.本发明实施例的一种温度检测电路，成本低、可靠性高，可进行多点温度检测，且巧妙地利用了二极管10的温度特性，可对电路板上多点的温度变化作出相应，当某个点位温度超过了设定的温度阈值，控制器40就可以进行下一步安全性操作，避免故障发生，增加了产品的可靠性。
79.本发明实施例的一种温度检测电路相比于传统多点温度保护电路，该方案占用单片机的资源少，由于多个二极管10串联连接，因此只用单片机的一个i/o口便可对电路板上的多区域进行过温保护，成本只有使用热敏电阻传感器检测电路的三分之一，进一步优化了产品总成的成本。本发明实施例能够在驱动芯片保护机制失效或者其他异常动作时，提供额外可靠的故障保护机制，增加产品的可靠性。
80.本发明实施例的一种温度检测电路相对于传统的温度检测电路有如下优势：
81.(1)本发明既可以做单点的温度实时检测，也可以做多点的过温保护；
82.(2)成本相较于传统方案更低，并且在需要检测电路板上多个区域的温度的情况下，成本优势更加明显；
83.(3)本发明便于拓展，在需要增加温度检测点的情况下，只需要在对应的区域增加一个二极管10即可；
84.(4)本发明的电路的灵敏度可调节，调节限流电阻50和采样电阻20的阻值之和以及二极管10的个数，可调节电路的灵敏度；
85.(5)本发明使用基本元器件为电阻和二极管10，结构稳定，无疑增加了温度检测电路的使用寿命；
86.(6)测温范围广，温度检测范围为-60℃～150℃；
87.(7)二极管10可以放在电路板上不同的位置，进行多点的温度采集，当某个二极管10的温度超过了对应的阈值，就可以对产品进行过温保护。
88.实施例2
89.本发明实施例的一种温度控制系统，包括：
90.如实施例1所述的温度检测电路和过温保护电路，过温保护电路与温度检测电路的控制器40连接；
91.其中，在控制器40检测到温度检测电路中的二极管10的温度大于或等于预设阈值的情况下，控制器40启动过温保护电路，以保护电路板。
92.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
93.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种温度检测电路，其特征在于，包括：若干二极管，若干所述二极管依次串联连接，并与电源连接，所述二极管内的电流能够随外界温度的变化而变化；采样电阻，所述采样电阻与若干所述二极管串联连接，用于采集所述二极管内的采样电流，并基于所述采样电流获取采样电压；运算放大器，所述运算放大器与所述采样电阻连接，用于获取并放大所述采样电压；控制器，所述控制器与所述运算放大器连接，用于获取所述运算放大器放大后的所述采样电压，并根据放大的所述采样电压获取温度值。2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，还包括：限流电阻，所述限流电阻与若干所述二极管串联连接，用于限制所述采样电流的大小。3.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述二极管为3个，以降低所述采样电阻的采样误差。4.根据权利要求3所述的温度检测电路，其特征在于，在所述二极管为三个且分别为第一二极管、第二二极管、第三二极管的情况下，所述电源与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的阴极与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的阴极与所述采样电阻连接。5.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述采样电阻的阻值和所述限流电阻的阻值之和为500欧，以降低所述采样电阻的采样误差。6.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，所述运算放大器包括：第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述采样电阻的一端连接，其第二端与所述运算放大器的正向输入端连接；第二电阻，所述第二电阻与所述第一电阻的第二端连接，并接地设置；第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述采样电阻的另一端连接，其第二端与所述运算放大器的负向输入端连接；第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端连接，其第二端与所述运算放大器的输出端连接。7.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述控制器基于所述放大后的所述采样电压获取所述二极管的温度特性参数k(temp)，并基于所述温度特性参数k(temp)获取所述二极管的温度。8.根据权利要求7所述的温度检测电路，其特征在于，获取所述温度特性参数的公式如下：k(temp)＝n*u/(u
c
*r5-u*(r5+r6))；其中，n为二极管数量，u
c
为电源电压，u为所述运算放大器放大后的所述采样电压，r5为采样电阻，r6为限流电阻。9.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，所述电源为电源芯片，且电压为5v。10.一种温度控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1～9任一所述的温度检测电路；
过温保护电路，所述过温保护电路与所述温度检测电路的控制器连接；其中，在所述控制器检测到所述温度检测电路中的二极管的温度大于或等于预设阈值的情况下，所述控制器启动所述过温保护电路。

技术总结
本发明公开了一种温度检测电路和温度控制系统，所述温度检测电路包括若干二极管、采样电阻、运算放大器以及控制器。其中，若干二极管依次串联连接，并与电源连接，二极管内的电流能够随外界温度的变化而变化；采样电阻与若干二极管串联连接，用于采集二极管内的采样电流，并基于采样电流获取采样电压；运算放大器与采样电阻连接，用于获取并放大采样电压；控制器与运算放大器连接，用于获取运算放大器放大后的采样电压，并根据放大的采样电压获取温度值。本发明解决了多个热敏电阻传感器并联易导致电路板单点有问题，其他热敏电阻传感器监测不到的问题，降低了成本，节省了电路板I/O口资源的使用。资源的使用。资源的使用。


技术研发人员：晋东亮 王永斌
受保护的技术使用者：均胜均安汽车电子（上海）有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/7