电阻测量电路、温度检测电路及充电枪的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电阻测量电路、温度检测电路及充电枪。

背景技术：

充电枪是一种常用的大功率充电设备接头。充电枪在使用中需要对其温度进行监测，以免过热发生危险。目前，温度测量一般采用热敏电阻实现，常用热敏电阻为pt1000。pt1000的特性为在0℃时，阻值为1000ω，额定功率级别为mw级，一般流过电流在0.3ma以下。充电枪的运行温度一般在-20℃～85℃之间，此时热敏电阻的变化范围为922ω～1328ω，阻值变化为400ω左右。若按流过电流0.1ma计算，实际采样到的电压变化范围为40mv。可见，实际可采样到的电压变化值较小。另一方面，由于常用充电枪长度在3～7m左右，且温度检测线与功率线、信号通信线、信号检测线等固定在一起，所处环境比较复杂，所以其非常容易引入电磁干扰。

所以，采用现有技术中对于低功率电阻进行测量时存在很多局限，最终使测量结果不准确。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电阻测量电路、温度检测电路及充电枪，旨在解决现有技术中电阻测量不准确的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种电阻测量电路，用于测量被测电阻的阻值，包括限流电阻模块、开关模块和采样模块。

被测电阻的第一端接入供电电压，被测电阻的第二端与限流电阻模块的第一端和采样模块的输入端共接，限流电阻模块的第二端通过开关模块接地。

开关模块按照预设周期进行通断，在开关模块导通时，限流电阻模块对地接通，有电流流经被测电阻；在开关模块断开时，限流电阻模块断开与地之间的连接，无电流流经被测电阻；在开关模块的一个通断周期内，通过调节导通和断开的时间，改变电流流过被测电阻的时间使被测电阻的功率保持在预设范围。

采样模块用于对限流电阻模块的电压进行采样，输出采样电压；采样电压用于计算被测电阻的阻值。

在一个实施例中，采样模块包括电阻r3、电容c4、运算放大器、电阻r4和电容c5。

电阻r3的第一端为采样模块的输入端，电阻r3的第二端与电阻r4的第一端和电容c4的第一端共接，电阻r4的第二端与电容c5的第一端和运算放大器的同相输入端共接，电容c5的第二端接地，运算放大器的反相输入端、输出端以及电容c4的第二端共接形成采样模块的输出端。

在一个实施例中，开关模块包括开关管。

开关管的高电位端接限流电阻模块的第二端，开关管的低电位端接地，开关管的受控端接入pwm信号。

在一个实施例中，所述的电阻测量电路，还包括用于限制限流电阻模块的电压的第一钳位保护模块。

第一钳位保护模块的高电位端接入供电电压，低电位端接地，钳位端接限流电阻模块的第一端。

在一个实施例中，所述的电阻测量电路还包括用于限制采样电压的第二钳位保护模块。

第二钳位保护模块的高电位端接入第二电压，低电位端接地，钳位端接采样模块的输出端。

在一个实施例中，所述的电阻测量电路还包括电容滤波模块，电容滤波模块的第一端接限流电阻模块的第一端，电容滤波模块的第二端接地。

在一个实施例中，被测电阻的第一端还通过电容接地。

本发明实施例的第二方面提供了一种温度检测电路，包括热敏电阻以及与热敏电阻连接的用于测量热敏电阻的阻值的如上所述的电阻测量电路，热敏电阻为被测电阻。

本发明实施例的第三方面提供了一种充电枪，包括预设数量的如上所述的温度检测电路，其中，热敏电阻安装在充电枪的内部，用于测量充电枪的内部温度。

在一个实施例中，充电枪包括两路温度检测电路，其中，两个热敏电阻分别用于测量充电枪内部的正母线和负母线的温度。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：电阻测量电路可以将连续采样转变为非连续采样。在进行非连续采样时，可以在短时间内提高流经被测电阻的电流，从而提高被测电阻的电压幅值，增加其信噪比，实现干扰抑制和信号检测，因此能够准确地测量电阻。另外，非连续采样相对于连续采样，增加了开关控制，从而可以在不需要采样时断开测量回路，降低测量电路损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的电阻测量电路的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的电阻测量电路的电路结构示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的充电枪的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述。

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的电阻测量电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例所提供的电阻测量电路100，用于测量被测电阻的阻值，包括限流电阻模块110、开关模块120和采样模块130。

被测电阻的第一端接入供电电压vcc1，被测电阻的第二端与限流电阻模块110的第一端和采样模块130的输入端共接，限流电阻模块110的第二端通过开关模块120接地。

开关模块120按照预设周期进行通断，在开关模块120导通时，限流电阻模块110对地接通，有电流流经被测电阻；在开关模块120断开时，限流电阻模块110断开与地之间的连接，无电流流经被测电阻；在开关模块120的一个通断周期内，通过调节导通和断开的时间，改变电流流过被测电阻的时间使被测电阻的功率保持在预设范围。

采样模块130用于对限流电阻模块110的电压进行采样，输出采样电压sample；采样电压sample用于计算被测电阻的阻值。

可以理解的是，对于在特定限制条件下，例如允许功率在mw级，若可以采集到的采样电压较小，与干扰信号处于同一数量级，此时信噪比较低，无法准确测量阻值。

本实施例中，通过在电阻测量电路100中加入开关模块120，来实现非连续采样。采用非连续采样的方式，可以在保证被测电阻的功率一定的情况下，在短时间内提高流经被测电阻的电流，从而提高被测电阻的电压幅值，提高信噪比。

可以理解的是，在现有技术中采用连续采样，连续采样时，在供电电压vcc1一定的情况下，由于被测电阻允许的额定功率较小，通常需要串入较大的限流电阻，从而由公式i＝v/r可知，流经被测电阻的电流i比较小，在电阻受温度影响而变化时，被测电阻的变化量为△r，则可以检测到的电压变化量为i*△r也较小。

本发明实施例中，采用非连续采样的方式，是指在开关模块120导通时有电流流经被测电阻，此时进行采样，在开关模块120断开时无电流流经被测电阻，此时不采样。由于采样是断续的，即使被测电阻允许的额定功率较低，但是由于功率是一个平均量，所以在开关模块120导通的时间内可以允许流经被测电阻的电流大一点，该动作对功率的影响可以由开关模块120断开这一动作抵消。因此在非连续采样的过程中，限流电阻可以取的小一点，使的在开关模块120导通时间内，流经的电流比连续采样方式下大。

本实施例中，开关模块120接入pwm信号，从而控制其实现按照预设周期进行通断。并根据在开关模块120导通时刻的采样电压sample计算被测电阻的阻值。

为了保证被测电阻的额定功率的要求，不损伤被测电阻，本实施例每隔预设周期时间t检测一次，每次检测时，控制开关模块120的导通时间为dt，断开时间为(1-d)t。通过调节pwm信号的占空比d来控制开关模块120的通断时间。

基于算式r＝(vcc1-u)*(r限+ron)/u计算被测电阻的阻值。其中vcc1为供电电压vcc1，u为采样电压sample在开关模块120导通时间内的峰值电压，r限为限流电阻模块110中的限流电阻值，ron为开关模块120导通时的电阻，可以通过查询手册。由于一般情况下r限>>ron，所以ron可以忽略不计。

另外，开关模块120的导通时间dt不宜过长，否则也会导致被测电阻损坏。由于送到外部的采样点压sample有效值的维持时间受到外部上位机采样时间t采的限制，因此该dt最好满足dt≥t采。采用非连续采样时，被测电阻的平均功率表达式为w1＝i²discrd，采用连续采样时，被测电阻的平均功率表达式为w2＝i²cr，为了保证被测电阻长期工作不损坏，首先应该保证平均功率w1＝w2，另外需要保证流过被测电阻的瞬时电流不应过大。假设idisc/ic＝k，则d＝1/k²。占空比d求取后便可以以此求取周期时间t。在实际应用过程中，为了保证采样准确度和最小损耗，可以在需要的时候(即温度检测期间)连续采样n次，每次采样周期为t，占空比为d。在采样期间，需要开关模块120周期性通断。在非采样期间，开关模块120断开。

本发明实施例，在保证被测电阻的额定功率和使用寿命的情况下提高了被测电阻的电压幅值，降低信号中的电磁干扰，提高了信噪比，实现了干扰抑制和信号检测，能够准确地测量电阻。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中的限流电阻模块110包括电阻r5，电阻r5的第一端和第二端与限流电阻模块110的第一端和第二端一一对应。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中的开关模块120可以包括开关管。

开关管的高电位端接限流电阻模块110的第二端，开关管的低电位端接地，开关管的受控端接入pwm信号。

如图2所示，开关管可以为igbt晶体管q1。

igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)晶体管q1的集电极、发射极和基极与开关管的高电位端、低电位端和受控端一一对应。

通过pwm信号的占空比，控制igbt晶体管q1的通断时间。

可选的，在一个实施例中，开关管可以为带有寄生二极管的mos管，mos管的漏极、源极和栅极与开关管的高电位端、低电位端和受控端一一对应。

可选的，在一个实施例中，开关管可以为三极管，三极管的集电极、发射极和基极与开关管的高电位端、低电位端和受控端一一对应。开关模块120的通断切换还可以由预设时间段来决定，例如，需要采样时，开关模块120连续切换，不需要采样时，开关模块120保持断开。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中的采样模块130包括电阻r3、电容c4、运算放大器ic1、电阻r4和电容c5。

电阻r3的第一端为采样模块130的输入端，电阻r3的第二端与电阻r4的第一端和电容c4的第一端共接，电阻r4的第二端与电容c5的第一端和运算放大器ic1的同相输入端共接，电容c5的第二端接地，运算放大器ic1的反相输入端、输出端以及电容c4的第二端共接形成采样模块130的输出端。

本实施例中，采样模块130对限流电阻模块110的电压进行采样滤波，输出采样电压sample。本实施例采用二阶有源滤波的方式，可以滤除高频干扰信号。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，电阻测量电路100还可以包括用于限制限流电阻模块110的电压的第一钳位保护模块140。

第一钳位保护模块140的高电位端接入供电电压vcc1，低电位端接地，钳位端接被测电阻的第二端。

本实施例中，第一钳位保护模块140将限流电阻模块110的电压限制在供电电压vcc1与地之间，防止电压过压，影响后级采样，实现过压保护。

本实施例中，为了防止限流电阻模块110的电压出现尖峰过压的情况，在电路中增加第一钳位保护模块140，以避免限流电阻模块110的电压过压。

如图2所示，第一钳位保护模块140可以包括第一二极管d1和第二二极管d2。

第一二极管d1的阴极接入供电电压vcc1，第一二极管d1的阳极与第二二极管d2的阴极共接被测电阻的第二端，第二二极管d2的阳极接地。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，电阻测量电路100还可以包括用于限制采样电压sample的第二钳位保护模块150。

第二钳位保护模块150的高电位端接入第二电压，低电位端接地，钳位端接采样模块130的输出端。

本实施例中，为了防止采样电压sample出现尖峰过压的情况，在电路中增加第二钳位保护模块150，以避免采样电压sample过压。

如图2所示，第二钳位保护模块150包括第三二极管d3和第四二极管d4。

第三二极管d3的阴极接入第二电压，第三二极管d3的阳极与第四二极管d4的阴极共接采样模块130的输出端，第四二极管d4的阳极接地。

如图2所示，在一个实施例中，电阻测量电路100还可以包括电阻r9，电阻r9接在采样模块130的输出端和第二钳位保护模块150的钳位端之间。

如图2所示，在一个实施例中，电阻测量电路100还包括电容c9，第二钳位保护模块150的钳位端通过电容c9接地。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，电阻测量电路100还包括电容滤波模块160，电容滤波模块160的第一端接限流电阻模块110的第一端，电容滤波模块160的第二端接地。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，被测电阻的第一端还通过电容c1接地。

实施例2：

如图2所示，本发明实施例还提供了一种温度检测电路，包括热敏电阻pt以及与热敏电阻pt连接的用于测量热敏电阻pt的阻值的如实施例1所述的电阻测量电路100，热敏电阻pt为被测电阻。

热敏电阻pt的型号为pt1000。

在一个实施例中，根据是否需要进行温度测量来控制电阻测量电路100中开关模块120的通断切换。

开关模块120的通断切换还可以由温度采集的预设时间段来决定，例如，需要采集温度时，开关模块120连续切换，不需要采集温度时，开关模块120保持断开。

可以理解的是，由于pt1000的额定功率在mw级，在正常通电情况下，流过pt1000的电流在0.3ma以下。在充电枪的正常工作温度范围内，可以采集到的电压仅为100mv左右。但是在实际应用时，并不需要对充电枪温度进行连续采样，因此可以采取在充电枪的热敏电阻回路中串入电子开关的方式，以实现非连续采样。

采用非连续采样时，可以降低串入热敏电阻回路的限流电阻值，以提高流过热敏电阻的短时电流，从而增加热敏电阻的电压幅值，提高信噪比。

如图2所示，以一个具体应用场景为例，取vcc1为5v，电阻r5的阻值为4.7k。开关管q1闭合时，流过热敏电阻pt的电流为0.88ma，该值大于pt1000的额定工作电流。所以为了保证额定功率满足要求，不损伤热敏电阻，影响温度检测，可以每隔预设周期时间t检测一次，每次检测时，控制开关模块120的导通时间为dt，断开时间为(1-d)t。并获取开关模块120导通时间内的采样电压的峰值电压。其中通过调节pwm信号的占空比d和限流电阻r5的阻值，可以在提高采样精度的同时保证热敏电阻的功率在允许范围内。

实施例3：

如图3所示，本发明实施例还提供了一种充电枪，其特征在于，包括预设数量的如实施例2所述的温度检测电路，其中，热敏电阻安装在充电枪的内部，用于测量充电枪的内部温度。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，充电枪包括两路温度检测电路，其中，两个热敏电阻分别用于测量充电枪内部的正母线和负母线的温度。

在一个实施例中，热敏电阻pt1贴合在充电枪内部的正母线一侧，热敏电阻pt2贴合在充电枪内部的负母线一侧。

其中，如图3所示，充电枪内的热敏电阻的连接方式为：热敏电阻pt1的第一端通过引线t1引出并接入第一路的电阻测量电路100，热敏电阻pt2的第一端通过引线t3引出并接入第二路的电阻测量电路100，热敏电阻pt1的第二端和热敏电阻pt2的第二端共接并通过引线t2接入供电电压vcc1。

本实施例中，在充电枪的工作温度范围内(一般工作温度为-20℃～85℃)，热敏电阻pt1000阻值变化为406ω左右，通入常规额定电流时，电压变化0.12v左右。此电压变化范围较小，另外考虑到充电枪内的引线较长，小电压在传输过程中极易受到干扰。为了解决这一关键问题，本方案提出了一种变连续采样为非连续采样的方式，扩大了pt1000上的电压变化范围，增加了采样的信噪比。

需要说明的是，本发明说明书和附图中标号相同的端口或引脚即为连通。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。