一种带补偿功能的高精度测温电路的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种带补偿功能的高精度测温电路。

背景技术：

mmc柔性直流输电换流阀的桥臂由很多个功率单元串联构成，在额定运行工况下每个功率模块会产生数千瓦的功耗，功率模块中igbt的管压降、开通状态、关断状态，以及二极管的正向压降、反向恢复状态，均会影响功率模块的损耗。由于功率模块的水冷流量是固定的，测量功率器件的器件温升，可以反映功率模块的损耗情况。

目前传统的测温方法是用一个热敏电阻安装在被测部件上，热敏电阻通过引线连接到测温板上进行信号处理，但是由于引线的存在，会造成热敏电阻本体的温度低于被测温点的温度，造成温度测量误差，且被测点的温度与测温板的温度差值越大，测量误差越大。为减少热敏电阻引线对温度检测精度的影响，需要带补偿功能的高精度测温电路。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带补偿功能的高精度测温电路，它可以实现削弱测温点至测量用热敏电阻本体的热阻对处理误差的影响，能够更为精确的得到测温点的温度值，同时采用可调分压电路，可以根据实际应用工况进行调节，提高了适用范围，且应用恒流电路为热敏电阻供电，便于后续线性电信号处理。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种带补偿功能的高精度测温电路，包括测量用热敏电阻信号处理电路组、补偿用热敏电阻信号处理电路组和温度补偿电路组，其中测量用热敏电阻信号处理电路组，包括测量用热敏电阻、恒流电路、跟随电路和减法电路；补偿用热敏电阻信号处理电路组，包括补偿用热敏电阻、恒流电路、跟随电路和减法电路；温度补偿电路组，包括减法电路、可调分压电路、跟随电路和加法电路；测量用热敏电阻安装于测温点，补偿用热敏电阻安装于测温板上，测量用热敏电阻的两端分别连接在测量用热敏电阻信号处理电路组的恒流电路上，且测量用热敏电阻一端与测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的同相输入端连接，测量用热敏电阻的另一端经由测量用热敏电阻信号处理电路组中的跟随电路与测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的反相输入端连接，经减法电路处理后，获得测量用热敏电阻相对应的温度信号；

测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的输出端分别与温度补偿电路组中减法电路的同相输入端和加法电路连接，补偿用热敏电阻的两端分别连接在补偿用热敏电阻信号处理电路组的恒流电路上，且补偿用热敏电阻一端与补偿用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的同相输入端连接，补偿用热敏电阻的另一端经由补偿用热敏电阻信号处理电路组中的跟随电路与补偿用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的反相输入端连接，经减法电路处理后，获得补偿用热敏电阻相对应的温度信号；

补偿用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的输出端与温度补偿电路组中减法电路的反相输入端连接，温度补偿电路组中减法电路的输出端经可调分压电路分压，再经跟随电路进行功率放大后的信号，即测温点与测量用热敏电阻本体温度差值，测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的输出端和温度补偿电路组中跟随电路的输出端均与温度补偿电路组中的加法电路的同相输入端连接，温度补偿电路组中的加法电路将测量用热敏电阻本体温度，与测温点和测量用热敏电阻本体温度差值进行求和，加法电路的输出信号即测温点的温度值，可以实现削弱测温点至测量用热敏电阻本体的热阻对处理误差的影响，能够更为精确的得到测温点的温度值，同时采用可调分压电路，可以根据实际应用工况进行调节，提高了适用范围，且应用恒流电路为热敏电阻供电，便于后续线性电信号处理。

进一步的，恒流电路包括恒流运算放大器，恒流运算放大器的同相输入端连接有同相端匹配电阻，同相端匹配电阻远离恒流运算放大器的一端连接有滤波电容器，滤波电容器并联连接有稳压芯片，该滤波电容器对稳压芯片进行滤波处理，稳压芯片的反馈端连接有限流电阻，限流电阻远离稳压芯片的一端连接有电源，恒流运算放大器的反相输入端与地电位之间连接有恒流采样电阻，恒流运算放大器的反相输入端与恒流运算放大器的输出端之间连接有用电元件。

进一步的，稳压芯片的型号为tl431，具有优良的性能的同时，降低稳压芯片的价格。

进一步的，跟随电路包括跟随运算放大器，跟随运算放大器的同相输入端与上一电路的信号端连接，跟随运算放大器的反相输入端与跟随运算放大器的输出端连接，跟随运算放大器的输出端连接下一电路的输入端，便于放大上一电路的电压信号。

进一步的，减法电路包括减法运算放大器，减法运算放大器的同相输入端连接有同相上分压电阻，同相上分压电阻与减法运算放大器的同相输入端之间还连接有同相下分压电阻，该同相下分压电阻接地，同相上分压电阻与上一电路的输出端连接，减法运算放大器的反相输入端连接有反相输入电阻，反相输入电阻与上一电路的输出端连接，减法运算放大器的输出端连接有反馈电阻，反馈电阻远离减法运算放大器输出端的一端与减法运算放大器的反相输入端连接，便于提高输入减法运算放大器中电压信号的处理精度。

进一步的，可调分压电路包括上分压可调电阻，上分压可调电阻的一端与温度补偿电路组中减法电路的输出端连接，上分压可调电阻远离温度补偿电路组中减法电路的一端与温度补偿电路组中跟随电路的输入端连接，在上分压可调电阻与温度补偿电路组中的跟随电路之间连接有下分压电阻，下分压电阻远离上分压可调电阻的一端接地，根据实际应用工况进行调节上分压可调电阻和下分压电阻的阻值，提高测温电路的适用范围。

进一步的，加法电路包括加法运算放大器，加法运算放大器的同相输入端连接有第一同相电阻和第二同相电阻，其中第一同相电阻与测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的输出端连接，第二同相电阻与温度补偿电路组中跟随电路的输出端连接，加法运算放大器的反相输入端连接有加法反相下分压电阻，加法反相下分压电阻远离加法运算放大器的一端接地，在加法运算放大器的输出端与反相输入端之间连接有加法反馈电阻，便于提高输入加法运算放大器中电压信号的处理精度。

进一步的，恒流运算放大器、跟随运算放大器、减法运算放大器和加法运算放大器，均由同一电源供电，简化了电路结构，节省了应用该测温电路设备的占用空间。

进一步的，同相上分压电阻、同相下分压电阻、反相输入电阻和反馈电阻的阻值相同，在保证减法电路的处理精度的同时，有利于降低减法电路的安装成本。

进一步的，第一同相电阻、第二同相电阻、加法反相下分压电阻和加法反馈电阻的阻值相同，在保证加法电路的处理精度的同时，有利于降低加法电路的安装成本。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现削弱测温点至测量用热敏电阻本体的热阻对处理误差的影响，能够更为精确的得到测温点的温度值，同时采用可调分压电路，可以根据实际应用工况进行调节，提高了适用范围，且应用恒流电路为热敏电阻供电，便于后续线性电信号处理。

(2)恒流电路包括恒流运算放大器，恒流运算放大器的同相输入端连接有同相端匹配电阻，同相端匹配电阻远离恒流运算放大器的一端连接有滤波电容器，滤波电容器并联连接有稳压芯片，该滤波电容器对稳压芯片进行滤波处理，稳压芯片的反馈端连接有限流电阻，限流电阻远离稳压芯片的一端连接有电源，恒流运算放大器的反相输入端与地电位之间连接有恒流采样电阻，恒流运算放大器的反相输入端与恒流运算放大器的输出端之间连接有用电元件。

(3)稳压芯片的型号为tl431，具有优良的性能的同时，降低稳压芯片的价格。

(4)跟随电路包括跟随运算放大器，跟随运算放大器的同相输入端与上一电路的信号端连接，跟随运算放大器的反相输入端与跟随运算放大器的输出端连接，跟随运算放大器的输出端连接下一电路的输入端，便于放大上一电路的电压信号。

(5)减法电路包括减法运算放大器，减法运算放大器的同相输入端连接有同相上分压电阻，同相上分压电阻与减法运算放大器的同相输入端之间还连接有同相下分压电阻，该同相下分压电阻接地，同相上分压电阻与上一电路的输出端连接，减法运算放大器的反相输入端连接有反相输入电阻，反相输入电阻与上一电路的输出端连接，减法运算放大器的输出端连接有反馈电阻，反馈电阻远离减法运算放大器输出端的一端与减法运算放大器的反相输入端连接，便于提高输入减法运算放大器中电压信号的处理精度。

(6)可调分压电路包括上分压可调电阻，上分压可调电阻的一端与温度补偿电路组中减法电路的输出端连接，上分压可调电阻远离温度补偿电路组中减法电路的一端与温度补偿电路组中跟随电路的输入端连接，在上分压可调电阻与温度补偿电路组中的跟随电路之间连接有下分压电阻，下分压电阻远离上分压可调电阻的一端接地，根据实际应用工况进行调节上分压可调电阻和下分压电阻的阻值，提高测温电路的适用范围。

(7)加法电路包括加法运算放大器，加法运算放大器的同相输入端连接有第一同相电阻和第二同相电阻，其中第一同相电阻与测量用热敏电阻信号处理电路组中减法电路的输出端连接，第二同相电阻与温度补偿电路组中跟随电路的输出端连接，加法运算放大器的反相输入端连接有加法反相下分压电阻，加法反相下分压电阻远离加法运算放大器的一端接地，在加法运算放大器的输出端与反相输入端之间连接有加法反馈电阻，便于提高输入加法运算放大器中电压信号的处理精度。

(8)恒流运算放大器、跟随运算放大器、减法运算放大器和加法运算放大器，均由同一电源供电，简化了电路结构，节省了应用该测温电路设备的占用空间。

(9)同相上分压电阻、同相下分压电阻、反相输入电阻和反馈电阻的阻值相同，在保证减法电路的处理精度的同时，有利于降低减法电路的安装成本。

(10)第一同相电阻、第二同相电阻、加法反相下分压电阻和加法反馈电阻的阻值相同，在保证加法电路的处理精度的同时，有利于降低加法电路的安装成本。

附图说明

图1为本发明的简要原理框图；

图2为本发明的详细原理框图；

图3为本发明的电路原理总成图；

图4为本发明中恒流电路的电路原理图；

图5为本发明中跟随电路的电路原理图；

图6为本发明中减法电路的电路原理图；

图7为本发明中可调分压电路的电路原理图；

图8为本发明中加法电路的电路原理图。

图中标号说明：

1测量用热敏电阻、2限流电阻、3稳压芯片、4滤波电容器、5同相端匹配电阻、6恒流运算放大器、7恒流采样电阻、8跟随运算放大器、9同相上分压电阻、10同相下分压电阻、11反相输入电阻、12减法运算放大器、13反馈电阻、14补偿用热敏电阻、15上分压可调电阻、16下分压电阻、17第一同相电阻、18第二同相电阻、19加法反相下分压电阻、20加法反馈电阻、21加法运算放大器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-6，一种带补偿功能的高精度测温电路，包括测量用热敏电阻信号处理电路组、补偿用热敏电阻信号处理电路组和温度补偿电路组，其中测量用热敏电阻信号处理电路组包括限流电阻2，限流电阻2的一端连接有电源，在限流电阻2远离电源的一端连接有稳压芯片3，该稳压芯片3的型号为tl431，该稳压芯片3的反馈端与限流电阻2相连，且稳压芯片3并联连接有滤波电容器4，由该滤波电容器4对稳压芯片3进行滤波处理，滤波电容器4的一端连接有同相端匹配电阻5，同相端匹配电阻5远离滤波电容器4的一端连接有恒流运算放大器6，该恒流运算放大器6接地，且恒流运算放大器6的同相输入端与同相端匹配电阻5连接，恒流运算放大器6的反相输入端分别连接有测量用热敏电阻1、恒流采样电阻7和跟随运算放大器8，其中测量用热敏电阻1还连接有恒流运算放大器6的输出端，即测量用热敏电阻1的两端分别连接恒流运算放大器6的反相输入端与输出端，该测量用热敏电阻1安装在测温点处；

恒流采样电阻7远离恒流运算放大器6的一端接地，跟随运算放大器8的同相输入端与恒流运算放大器6的反相输入端连接，跟随运算放大器8的反相输入端与跟随运算放大器8的输出端连接，恒流运算放大器6的输出端还连接有同相上分压电阻9，同相上分压电阻9远离恒流运算放大器6的一端分别连接同相下分压电阻10和减法运算放大器12，其中同相下分压电阻10远离同相上分压电阻9的一端接地，减法运算放大器12的同相输入端与同相上分压电阻9连接，减法运算放大器12的反相输入端与跟随运算放大器8的输出端之间连接有反相输入电阻11，减法运算放大器12的反相输入端与减法运算放大器12的输出端之间连接有反馈电阻13，同相上分压电阻9、同相下分压电阻10、反相输入电阻11和反馈电阻13的阻值相同，减法运算放大器12的输出端即测量用热敏电阻信号处理电路组的输出端。

请参阅图1-6，补偿用热敏电阻信号处理电路组包括限流电阻2，限流电阻2的一端连接有电源，在限流电阻2远离电源的一端连接有稳压芯片3，该稳压芯片3的型号为tl431，该稳压芯片3的反馈端与限流电阻2相连，且稳压芯片3并联连接有滤波电容器4，由该滤波电容器4对稳压芯片3进行滤波处理，滤波电容器4的一端连接有同相端匹配电阻5，同相端匹配电阻5远离滤波电容器4的一端连接有恒流运算放大器6，该恒流运算放大器6接地，且恒流运算放大器6的同相输入端与同相端匹配电阻5连接，恒流运算放大器6的反相输入端分别连接有补偿用热敏电阻14、恒流采样电阻7和跟随运算放大器8，其中补偿用热敏电阻14还连接有恒流运算放大器6的输出端，即补偿用热敏电阻14的两端分别连接恒流运算放大器6的反相输入端与输出端，该补偿用热敏电阻14安装在测温板上；

恒流采样电阻7远离恒流运算放大器6的一端接地，跟随运算放大器8的同相输入端与恒流运算放大器6的反相输入端连接，跟随运算放大器8的反相输入端与跟随运算放大器8的输出端连接，恒流运算放大器6的输出端还连接有同相上分压电阻9，同相上分压电阻9远离恒流运算放大器6的一端分别连接同相下分压电阻10和减法运算放大器12，其中同相下分压电阻10远离同相上分压电阻9的一端接地，减法运算放大器12的同相输入端与同相上分压电阻9连接，减法运算放大器12的反相输入端与跟随运算放大器8的输出端之间连接有反相输入电阻11，减法运算放大器12的反相输入端与减法运算放大器12的输出端之间连接有反馈电阻13，同相上分压电阻9、同相下分压电阻10、反相输入电阻11和反馈电阻13的阻值相同，减法运算放大器12的输出端即补偿用热敏电阻信号处理电路组的输出端。

请参阅图1-8，温度补偿电路组包括同相上分压电阻9和反相输入电阻11，其中同相上分压电阻9的两端分别与测量用热敏电阻信号处理电路组的输出端和减法运算放大器12的同相输入端连接，且在同相上分压电阻9与接地点之间连接有同相下分压电阻10，反相输入电阻11的两端分别与补偿用热敏电阻信号处理电路组的输出端和减法运算放大器12的反相输入端连接，在减法运算放大器12的反相输入端与输出端之间连接反馈电阻13，且减法运算放大器12的输出端还连接有上分压可调电阻15，该上分压可调电阻15远离减法运算放大器12的一端分别连接有跟随运算放大器8和下分压电阻16，其中下分压电阻16远离上分压可调电阻15的一端接地，跟随运算放大器8的同相输入端与上分压可调电阻15连接，其中上分压可调电阻15的阻值对应测量用热敏电阻1本体至测温板的热阻与测温点至测量用热敏电阻1本体的热阻差，下分压电阻16的阻值对应测温点至测量用热敏电阻1本体的热阻；

跟随运算放大器8的反相输入端连接跟随运算放大器8的输出端，跟随运算放大器8的输出端还连接有第二同相电阻18，该第二同相电阻18远离跟随运算放大器8的一端连接有加法运算放大器21的同相输入端，该加法运算放大器21的同相输入端还连接有第一同相电阻17，该第一同相电阻17与测量用热敏电阻信号处理电路组的输出端连接，加法运算放大器21的反相输入端连接有加法反相下分压电阻19，加法反相下分压电阻19远离加法运算放大器21的一端接地，在加法运算放大器21的输出端与反相输入端之间连接有加法反馈电阻20，第一同相电阻17、第二同相电阻18、加法反相下分压电阻19和加法反馈电阻20的阻值相同，加法运算放大器21的输出端即温度补偿电路组的信号输出端，也是电路总成的信号输出端。

使用时，由限流电阻2、稳压芯片3、滤波电容器4组成基准电压源，经同相端匹配电阻5为恒流运算放大器6的同相输入端提供基准电压信号，与恒流采样电阻7组成恒流电路，为测量用热敏电阻1或补偿用热敏电阻14提供恒流电源，测量用热敏电阻1或补偿用热敏电阻14提供恒流电源的信号放大端电压信号经跟随运算放大器8功率放大后，与测量用热敏电阻1或补偿用热敏电阻14的信号未放大端电压信号，一起输入减法电路，经减法电路处理后，可以获得测量用热敏电阻1或补偿用热敏电阻14相对应的温度信号，测量用热敏电阻信号处理电路组的输出端和补偿用热敏电阻信号处理电路组的输出端分别连接到温度补偿电路组中的减法电路，减法电路的输出端经上分压可调电阻15和下分压电阻16分压，再经跟随电路功率放大后的信号，即测温点与测量用热敏电阻1本体温度差值，温度补偿电路组中的跟随电路与测量用热敏电阻信号处理电路组的输出端的信号，一起连接到温度补偿电路组中的加法电路，即将测量用热敏电阻1本体温度，与测温点、测量用热敏电阻1本体差值温度求和，加法电路的输出信号即测温点的温度值，可以实现削弱测温点至测量用热敏电阻本体的热阻对处理误差的影响，能够更为精确的得到测温点的温度值，同时采用可调分压电路，可以根据实际应用工况进行调节，提高了适用范围，且应用恒流电路为热敏电阻供电，便于后续线性电信号处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。