(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に従って電圧を送出するセンサ(4)を使用して少なくとも1つの電子構成部品(2)の前記温度を測定する方法であって、
前記センサ(4)によって送出された前記電圧を表す信号が、絶縁差動増幅器(13)を通過し、前記絶縁差動増幅器(13)が、前記信号によって横断されるガルバニック絶縁(14)を提供し、
この絶縁差動増幅器(13)からの出力信号が、前記電子構成部品(2)の前記温度を決定するのに使用され、
前記方法は、前記絶縁差動増幅器の上流の、前記センサ(4)によって送出された前記電圧と前記電子構成部品(2)の前記温度との間の関係を線形化することからなるステップ(12)を更に含み、
前記ステップ(12)は、選ばれた比を用いた電圧減衰を含み、それによって、前記絶縁差動増幅器(13)の入力における電圧が、前記絶縁差動増幅器(13)の動作に適合する、方法。
【請求項２】
前記絶縁差動増幅器(13)からの前記出力信号が、接地基準の比較器(20)の入力として受け取られる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記比較器からの出力信号が、処理段(30)への入力として受け取られる、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記処理段(30)が、アナログ/デジタル変換器と、デジタル処理装置とを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記絶縁差動増幅器(13)によって提供されるガルバニック絶縁が、容量性または誘導性タイプのものである、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記センサ(4)および前記絶縁差動増幅器(13)が、同じ印刷回路板(5)上に設置される、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
印刷回路板(5)が、前記温度が測定される前記電子構成部品またはいくつかの構成部品(2)をさらに含み、前記いくつかの構成部品(2)の各々が、特に1kW以上の公称電力を有する、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記電子構成部品(2)の前記温度を決定するために、前記絶縁差動増幅器(13)の入力の上流の部分(12)が、高電圧環境にあり、前記絶縁差動増幅器(13)の出力の下流の部分(20、30)が、低電圧環境にある、測定回路(10)が使用される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
温度センサ(4)によって送出される電圧から温度を測定するための回路(10)であって、
前記センサ(4)によって測定された前記温度を表す電圧を入力として受け取る、絶縁差動増幅器(13)と、
前記絶縁差動増幅器(13)の入力において、選ばれた比を用いて減衰された電圧を提供するように構成された電圧減衰器であって、前記電圧は、前記センサ(4) によって測定された前記温度を表す、電圧減衰器と、
前記絶縁差動増幅器(13)からの出力信号により、測定された前記温度を決定するために構成された処理段(30)と、
前記絶縁差動増幅器の上流の、前記センサ(4)によって送出された前記電圧と電子構成部品(2)の前記温度との間の関係を線形化する線形化段(12)と
を含み、
前記絶縁差動増幅器(13)は、その入力とその出力との間にガルバニック絶縁を提供する、回路。
【請求項１０】
請求項9に記載の前記回路(10)と、
温度センサ(4)と、
を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧環境に配置されたセンサを使用する温度測定に関する。センサは、例えば、電力構成部品を支承する印刷回路板上に配置される。このような電力構成部品は、例えば、図1に示す、インバータの一部を形成する。
【背景技術】
【０００２】
この図1において、ここで負温度係数サーミスタ(英語でCTNともいう)であるセンサ100は、例えば5V程度の低電圧を送出する電圧源101によって給電されることが分かる。このセンサ100は、電力インバータのスイッチングセル102と同じ基板上に配置され、このようなセル102の各々は、例えば、430Vの電圧および350Aの最大値の電流に耐えるように大きさが設定される。インバータの高電圧回路とセンサ100の低電圧回路との間の絶縁は、基板を覆うシリコーンゲルにより確保される。この絶縁は、1.5kV程度の電圧に耐える。それにもかかわらず、ゲルによって得られる電気的絶縁は、高電圧回路における事故の場合に起こり得る、より高い電圧が高電圧回路と低電圧回路との間に印加された場合、十分なものではない。
【０００３】
そこで、センサ100を保護するために、1つまたは複数の追加の絶縁障壁を加えることが必要になることがあるが、追加の絶縁障壁は、空間と金銭の点でコストがかかる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高電圧回路におけるどんな事故からもセンサを保護することにより高電圧環境における絶縁された温度測定を実施することが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の主題は、この必要に応えることに関するものであり、その諸態様の1つによれば、特に低電圧が給電され、温度に従って電圧を送出するセンサを用い、少なくとも1つの電子構成部品、特に高電圧回路に属し、高電圧が給電される構成部品の前記温度を測定する方法を使用して、これに成功しており、その方法において、
センサの端子における電圧を表す信号が、絶縁差動増幅器を通過し、
この絶縁差動増幅器からの出力信号が、電子構成部品の温度を決定するのに使用される。
【０００６】
上記の方法によれば、絶縁差動増幅器のガルバニック絶縁が、温度センサを保護するために使用される。差動増幅器は、このガルバニック絶縁により「絶縁された」と言われる。
【０００７】
上記の方法は、絶縁差動増幅器の入力の上流の部分が、高電圧環境にあり、絶縁差動増幅器の出力の下流の部分が、低電圧環境にある、測定回路を使用することができる。したがって、ガルバニック絶縁が、測定回路のこのような2つの部分を絶縁するのに使用される。差動増幅器の絶縁は、容量性タイプのものでよい。一変形として、差動増幅器の絶縁は、誘導性タイプの絶縁でもよい。
【０００８】
差動増幅器は、ガルバニック絶縁を実施する専用の構成部品を追加することを避けるように、例えば、温度センサから生じる電圧の値をデジタル処理段用に許容範囲の値にし、例えば、この処理段の入力電圧を0から5Vの間の値にして、他の機能を果たすことができる。したがって、本発明は、既存の構成部品を最大限に利用することにより、ガルバニック絶縁の実施に関連した空間要求および費用を低減するのに使用することができる。
【０００９】
絶縁差動増幅器によって提供される絶縁は、4kVのピーク電圧に耐えるのに使用することができる。この絶縁は、規格UL 1577またはIEC 60747-5-2に従って評価することができる。
【００１０】
高電圧回路は、例えば、0から430Vまでの間の、特に430V程度の、電圧を送出する電圧源により給電される。
【００１１】
温度センサは、詳しくは、4.5Vから5.5Vまでの間の、特に5V程度の電圧から給電され、この電圧は、高電圧環境から絶縁される。
【００１２】
この方法は、センサの端子における電圧と、センサが測定する温度との間の線形関係を得ることからなるステップを含むことができる。このステップは、絶縁差動増幅器の入力の上流の線形化段によって実施することができる。線形化段は、接地と温度センサの電圧源との間に取り付けられた抵抗ブリッジを含むことができる。このような構造は、絶縁差動増幅器の差動電圧を得るのに使用することができる。
【００１３】
温度センサが、負温度係数サーミスタの場合のように温度に従って指数関数的に変化する抵抗を有するとき、温度センサが送出する電圧値は、使用するのが難しいことがある。線形化ステップは、測定をより有効にする。
【００１４】
線形化段は、温度が50℃のとき、温度センサの抵抗の値に等しい値を有する抵抗器を温度センサの端子において含むことができる。
【００１５】
線形化により、入力電圧範囲が過度に大きい絶縁差動増幅器を使用する必要がない。
【００１６】
線形化は、センサが非常に小さい電流によって給電されるときにも、温度を測定することができるように使用することができる。典型的には-30℃程度の、低い温度の場合を含めて、線形関係を得るために、典型的には-30℃の、このような低い温度の場合の温度センサの抵抗の値を、温度センサの端子における抵抗器に与えることができる。
【００１７】
線形化段からの出力信号は、例えば、数mV程度の、例えば最大5mVまでの範囲の電圧である。
【００１８】
一変形として、方法は、この線形化ステップがなくてもよい。
【００１９】
絶縁差動増幅器からの出力信号は、接地基準の比較器の入力として受け取ることができる。
【００２０】
比較器からの出力信号は、センサによって測定された温度を決定するのに使用される処理段の入力として受け取ることができる。この処理段は、アナログ/デジタル変換器とデジタル処理装置とを含むことができる。デジタル処理装置は、特に少なくとも1つのマイクロコントローラまたは少なくとも1つのマイクロプロセッサを含む。
【００２１】
絶縁差動増幅器は、前記増幅器の入力電流を制限するシステムと、前記増幅器の出力電流を制限するシステムとを含むことができる。したがって、絶縁に対する損傷の危険は、絶縁差動増幅器の入力または出力における過度の電流の場合に低減することができ、このような過度に大きい電流値は、絶縁に影響し得る、抵抗器における顕著な放熱を生じさせることができる。
【００２２】
センサおよび絶縁差動増幅器は、同じ印刷回路板上に設置することができる。
【００２３】
印刷回路板は、温度が測定される電子構成部品またはいくつかの電子構成部品をさらに含むことができる。このような電子構成部品は、特に各々、1kW以上の公称電力を有する。これらは、例えば、インバータのスイッチングセルである。このようなスイッチングセルは、ダイオードが並列に取り付けられた電力トランジスタを含むことができる。インバータは、電動機と電池とをさらに含むインバータ/充電器回路の一部を形成することができ、この回路は、電気またはハイブリッド自動車に統合される。
【００２４】
本発明の主題は、その態様の別の1つによれば、温度センサによって送出される電圧から温度を測定するための回路も含み、その回路は、
センサによって測定された温度を表す入力電圧を受け取る絶縁差動増幅器と、
絶縁差動増幅器からの出力信号により測定された温度を決定するために構成された処理段とを含み、
絶縁差動増幅器は、その入力とその出力との間でガルバニック絶縁を実施する。
【００２５】
本発明の主題は、その態様の別の1つによれば、
上記の回路と
温度センサと
を含むシステムでもある。
本発明は、その実施の一非制限例の以下の説明を読み、添付の図面を調べるとより良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】先行技術による、上で温度測定が実施される印刷回路板を示す図である。
【図２】本発明の実施の一例による、上で温度測定が実施される印刷回路板を示す図である。
【図３】温度センサと、温度センサが温度を測定する構成部品とを詳細に示す図である。
【図４】本発明の実施の一例による、測定回路を機能ブロックの形で示す図である。
【図５】図4における回路の異なるブロックを構造により示す図である。
【図６】図4における回路の異なるブロックを構造により示す図である。
【図７】線形化の後の温度とセンサの端子における電圧との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図2は、内部で本発明の実施形態の一例による方法を実施することができる組立品1を示す。この組立品1は、複数のスイッチングセル2を含むインバータを含む。考察される例における各スイッチングセル2は、トランジスタ、例えば電界効果トランジスタと、ダイオードとを並列に組み合わせて形成される。説明される例における各トランジスタは、MOSトランジスタである。図2に示すインバータは、各々が2つのスイッチングセル2を有する3つの分岐を含む。
【００２８】
各セル2は、例えば、約10アンペアから、特に最大350Aまでの電流、およびその端子における数百ボルト、例えば430Vの電圧に耐えるために構成される。考察される例において、インバータは高電圧回路に属する。
【００２９】
図から分かるように、温度センサ4が、インバータのレベルにおいてその2つの分岐の間に配置される。ここで、温度センサ4は、負温度係数サーミスタ(英語でCTN)である。このセンサ4は、後で説明する測定回路10を通して4.5V程度から5.5V程度までの電圧、すなわち、低電圧を送出する電圧源によって給電される。回路10は、センサ4に、インバータの高電圧に対して絶縁的に低電圧を給電する。
【００３０】
センサ4は、スイッチングセル2の少なくとも1つの温度を測定するために構成される。
【００３１】
センサ4およびインバータは、考察される例において、印刷回路板5など、同じ媒体上に担持される。
【００３２】
センサ4の端子において測定された電圧は、図3に示すように、回路10の入力において受け取られる。
【００３３】
回路10は、図4に機能により示されており、様々な機能は、本発明による方法の諸ステップに対応することができるブロックの形を有する。
【００３４】
回路10は、図5に詳細を示す線形化段12を含む。この段12は、センサ4によって給電される電圧とセルまたはいくつかのセル2の温度との線形関係を確立するために構成される。段12は、例えば、後で説明する段13の入力における電圧が、この段13の動作に適合するように選んだ比をもつ電圧減衰器として働く。段12は、例えば、接地とセンサ4の電源との間に取り付けられた抵抗ブリッジを含む。
【００３５】
センサ4と並列に取り付けられた抵抗器が、温度が約50℃であるとき、センサ4の抵抗の値に等しい実質的に一定の値を有することができる。センサ4の端子における電圧と温度との間の線形関係は、したがって、特に50℃から125℃までの間の温度範囲にわたって得ることができる。抵抗ブリッジの総抵抗値は、低温に対する低温値を、例えば-30℃において250mV近くに、高温値を、例えば125℃において5mV近くに設定することにより計算することができ、このような電圧値は段13から見る。図7は、線形化段12の出力電圧とセンサ4によって測定された温度との間の関係を示す。
【００３６】
図から分かるように、実質的に線形の関係が、広い温度範囲にわたって、特に50℃から120℃までの間の温度に対して得られている。
【００３７】
線形化段12からの出力信号は、センサ4と段13の入力の上流の回路10の部分とを、回路10の残りの部分からガルバニック絶縁する機能を有する段13の入力として受け取られる。この段13は、考察される例において、絶縁差動増幅器からなる。
【００３８】
線形化段からの出力信号は、次いで、絶縁差動増幅器の2つの入力端子15と16との間で受け取られる。例えば、この差動増幅器によって提供される容量性または誘導性タイプのガルバニック絶縁14は、絶縁された温度測定を実施するのに使用される。絶縁差動増幅器は、例えば、Texas Instruments(登録商標)という会社からAMC1200という参照記号で販売されている。
【００３９】
この例において、ガルバニック絶縁14は、差動増幅器の入力と出力との間に配置された二酸化ケイ素の障壁から生じる。信号は、絶縁差動増幅器から、この増幅器の非反転出力端子18と反転出力端子19との間で出る。
【００４０】
次いで、信号は図6に示す比較段20を駆動する。考察される例において、この段20は、演算増幅器を含む。差動増幅器の非反転出力端子18は、例えば、直接、または抵抗器などの中間構成部品を介して演算増幅器の非反転入力端子22に接続される。図示する例において、この端子22は、抵抗器24を介して接地にも接続される。図6の例においても、段13の反転出力端子19は、抵抗器を介して演算増幅器の反転入力端子23に接続される。
【００４１】
段20は、特にセンサ4からの信号を接地基準にするのに使用される。段20の出力は、演算増幅器の出力端子26によって形成される。
【００４２】
次いで、段20からの出力信号は、センサ4によって測定された温度を決定するために処理段30を駆動する。この段30は、例えば、アナログ/デジタル変換器およびマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを含む。
【００４３】
本発明はこれまで説明してきた諸例に限定されない。
【００４４】
回路10は、特に段13の上流の回路10の部分をこの段13の下流の回路10の部分から絶縁するために段13を含むとき、図4に示すすべての段を含まないこともある。
【００４５】
「1つを含む」という表現は、他に指定がない限り、「少なくとも1つを含む」を意味すると理解されたい。
【符号の説明】
【００４６】
1  組立品
2  スイッチングセル
4  温度センサ
5  印刷回路板
10  回路
12  線形化段
13  段
14  ガルバニック絶縁
15、16  入力端子
18  非反転出力端子
19  反転出力端子
20  比較段
22  非反転入力端子
23  反転入力端子
24  抵抗器
26  出力端子
30  処理段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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