DE102021203009A1

DE102021203009A1 - Elektronische Schaltung zur Temperaturmessung

Info

Publication number: DE102021203009A1
Application number: DE102021203009.2A
Authority: DE
Inventors: Joachim Oehl; Andreas Gleiter; Sven Landa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung (20) zur Temperaturmessung eines Bauteils (30) auf einer Platine (10). Die elektronische Schaltung (20) umfasst einen temperaturabhängigen Widerstand (200), einen ersten Widerstand (201) und ein Messmittel (201a), das zur Messung einer an den ersten Widerstand (201) abfallenden Spannung eingerichtet ist. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine erste Leitung (211) mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands (201) elektrisch verbunden. Die elektronische Schaltung (20) umfasst ferner einen zweiten Widerstand (202), wobeiein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine zweite Leitung (212) mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands (202) elektrisch verbunden ist, wobei der erste Widerstand (201), der temperaturabhängige Widerstand (200) und der zweite Widerstand (202) in Reihe geschaltet sind und einen Spannungsteiler bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Temperaturmessung eines Bauteils auf einer Platine. Die elektronische Schaltung umfasst einen temperaturabhängigen Widerstand, einen ersten Widerstand und ein Messmittel, das zur Messung einer an den ersten Widerstand abfallenden Spannung eingerichtet ist. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine erste Leitung mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden.
Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Gerät, das mindestens eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung, mindestens ein Bauteil, dessen Temperatur zu messen ist, und eine Platine, wobei die mindestens eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung und das mindestens eine Bauteil auf der Platine angeordnet sind.
Stand der Technik
NTC-Widerstände (Negative Temperature Coefficient, NTC), die auch als Heißleiter bezeichnet werden, oder PTC-Widerstände (Positive Temperature Coefficient, PTC), die auch als Kaltleiter bezeichnet werden, sind temperaturabhängige Widerstände und werden in Verbindung mit einem Spannungsteiler und nachgeschaltetem Analog-Digital-Wandler (ADC) oder Komparator zur Überwachung der Temperatur von Bauteilen verwendet. Insbesondere SMD-NTC-/PTC-Widerstände (Surface Mounted Device, SMD) werden hier auf Platinen möglichst nah an die entsprechenden Bauteile herangeführt.
Problematisch ist hier insbesondere bei Bauteilen auf einem höheren Spannungspotential, dass ein gewisser Abstand zwischen Bauteilen und auch Leiterbahnen eingehalten werden muss. Dies führt zum einen durch den Abstand zum Bauteil zu einer trägeren und ungenaueren Temperaturmessung und zum anderen auch zur Reduzierung von Kupferflächen von Leiterbahnen auf den Platinen zum Abführen der entstehenden Wärme. Dies ist insbesondere in Hochstrompfaden an Leistungshalbleitern ein Problem. Die Temperatur muss meist mit einem NTC- oder einem PTC-Widerstand überwacht werden, gleichzeitig erhöht sich aufgrund des benötigten Platzes für den NTC- oder den PTC-Widerstand und den großen Abstand der ohmsche und der thermische Widerstand, was wiederum zu einer höheren Temperatur am Bauteil führt. Kostenintensive Lösungen, wie das Verwenden von Optokopplern und DC/DC-Wandlern, um das Spannungsniveau dem der zu messenden Bauteile anzugleichen, sind derzeit eine kostenintensive Alternative.
Das Dokument CN 210442486 U beschreibt eine Schaltung zur Erkennung des thermischen Durchgehens. Die Schaltung bezieht sich auf den Bereich der Batterietechnik und dient zur Erhöhung der Sicherheit eines Batteriepacks.
Aus dem Dokument US 2004/0059538 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur in einem Ofen bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine elektronische Schaltung zur Temperaturmessung eines Bauteils auf einer Platine vorgeschlagen. Die elektronische Schaltung umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand, einen ersten Widerstand und ein Messmittel, das zur Messung einer an den ersten Widerstand abfallenden Spannung eingerichtet ist. Der temperaturabhängige Widerstand kann dabei als ein NTC- oder ein PTC-Widerstand ausgebildet werden. Das Messmittel umfasst bevorzugt einen zusätzlichen Widerstand und/oder einen Analog-Digital-Wandler. Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine erste Leitung mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden.
Erfindungsgemäß weist die elektronische Schaltung ferner einen zweiten Widerstand auf. Dabei ist ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands über eine zweite Leitung mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands elektrisch verbunden. Der erste Widerstand, der temperaturabhängige Widerstand und der zweite Widerstand sind somit in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler.
Ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands und ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands können dabei an eine Spannungsversorgung angeschlossen werden. Dabei kann der zweite Anschluss des ersten Widerstands mit der Masse verbunden werden. Umfasst das Messmittel zur Messung der an den ersten Widerstand abfallenden Spannung einen zusätzlichen Widerstand und einen Analog-Digital-Wandler, so kann ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands über eine zusätzliche Leitung mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands elektrisch verbunden sein. Dabei sind der zweite Anschluss des zusätzlichen Widerstands und der zweite Anschluss des ersten Widerstands an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen.
Sind der zweite Anschluss des zweiten Widerstands und der zweite Anschluss der ersten Widerstands an die Spannungsversorgung, wie beispielsweise 5 V, angeschlossen und der zweite Anschluss des ersten Widerstands ist mit der Masse verbunden, liegt eine Versorgungsspannung zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands an, und eine Messspannung, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands abhängig ist, liegt zwischen einem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands an.
Der Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands ist so auszuwählen, dass jeder der Widerstände die Verlustleistung, die an ihm beispielweise im Falle einer elektrischen Verbindung der zu messenden Bauteile und der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung aufgrund des geringeren Abstands dazwischen entstehen könnte, zerstörungsfrei überstehen kann. Darüber hinaus ist die Auswahl des Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands von der gewünschten Messgenauigkeit und auch von dem Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands abhängig. Der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstands kann größer als der Widerstandswert des ersten und des zweiten Widerstands gewählt werden. Es kommt auch auf den angeschlossenen Analog-Digital-Wandler oder die entsprechende Auswerteschaltung an. Bei einem geometrisch größeren Widerstand kann meistens eine größere Verlustleistung abgeführt werden, somit kann ein kleinerer Widerstandswert gewählt werden.
Vorzugsweise weisen der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert auf. Dabei werden von dem Begriff „gleicher Widerstandswert“ bevorzugt Abweichungen im Bereich üblicher Bauteiltoleranzen als gleich angesehen. Ein anderes Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand ist aber auch denkbar.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung bei Temperaturmessung eines einzelnen Bauteils, das eine Wärmequelle darstellt, eingesetzt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung bei Temperaturmessung einer Gruppe von Bauteilen eingesetzt wird.
Ferner wird ein elektronisches Gerät vorgeschlagen. Dabei umfasst das elektronische Gerät mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung, mindestens ein Bauteil, dessen Temperatur zu messen ist, und eine Platine. Die mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und das mindestens eine zu messende Bauteil sind dabei auf der Platine angeordnet.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen zu messenden Bauteil um ein elektronisches Bauteil für hohes Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, bzw. für hohe Stromstärke.
Vorzugsweise weist die Platine einen Hochspannungsbereich und einen Niederspannungsbereich auf. Beispielsweise ist das mindestens eine zu messende Bauteil auf dem Hochspannungsbereich der Platine angeordnet, während der Niederspannungsbereich der Platine zur Messung dient. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Widerstand außerhalb des Hochspannungsbereichs angeordnet.
Beispielsweise können der erste, der zweite sowie der zusätzliche Widerstand genau auf der Grenze zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich liegen. Dabei sollte ein Abstand zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspanungsbereich durch die geometrische Baugröße des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands überbrückt werden können. Ist dies aufgrund einer kleineren geometrischen Baugröße nicht möglich, kann ein Widerstand auch durch zwei oder beliebig viele in Reihe geschaltete Widerstände zum Erreichen des Abstands zwischen dem Hochspannungsbereich und dem Niederspannungsbereich ersetzt werden.
Das mindestens eine Bauteil kann jedes beliebige wärmeentwickelnde Bauteil sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Bauteil dabei als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Bevorzugt ist das mindestens eine Bauteil als Feldeffekttransistor (FET) oder IGBT (engl.: Insulated gate bipolar transistor) ausgebildet. Das mindestens eine Bauteil kann aber auch als Diode ausgebildet sein.
Es wird auch ein Batteriesystem vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes elektronisches Gerät umfasst.
Weiterhin wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes elektronisches Gerät und/oder mindestens ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Abstände zwischen den temperaturabhängigen Widerständen und den zu messenden Bauteilen bzw. zwischen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und dem Hochspannungsbereich reduziert werden. Somit können die temperaturabhängigen Widerstände bzw. die erfindungsgemäße elektronische Schaltung näher an die zu messenden Bauteile mit einem höheren Potential bzw. den Hochspannungsbereich angebracht werden und somit steht mehr Kupferfläche von Leiterbahnen auf der Platine zum Abführen der entstehenden Wärme zur Verfügung, was bedeutet, dass bei gleichem Bauraum mehr Wärme abgeführt werden kann. Dadurch kann ein elektronisches Gerät, das mindestens eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung umfasst, auch kleiner aufgebaut werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung ermöglicht darüber hinaus auch ein schnelleres Reagieren auf Temperaturänderung und somit eine schnellere Temperaturerfassung.
Im Vergleich zu einer galvanischen Trennung zur Temperaturmessung, wie beispielsweise mittels Optokoppler und DC/DC-Wandler, bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung außerdem eine kostengünstigere Lösung zur Temperaturmessung an.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Platine mit einer elektronischen Schaltung zur Temperaturmessung gemäß dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer Platine mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zur Temperaturmessung und
3 eine Tabelle, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Temperatur, Widerstandswert und Spannung des als NTC-Widerstand ausgebildeten temperaturabhängigen Widerstands darstellt.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Platine 10 eines elektronischen Geräts. Dabei umfasst das elektronische Gerät ein Bauteil 30, dessen Temperatur zu messen ist, und eine elektronische Schaltung 20 zur Messung der Temperatur des Bauteils 30. Die elektronische Schaltung 20 sowie das zu messende Bauteil 30 sind dabei auf der Platine 10 angeordnet.
Hierbei handelt es sich bei dem zu messenden Bauteil 30 um ein elektronisches Bauteil 30, das sich auf einem hohen Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, befindet. Das Bauteil 30 kann beispielsweise als MOSFET, Diode oder sonstiges elektronisches Bauteil ausgebildet werden und stellt eine Wärmequelle dar.
Die Platine 10 teilt sich dabei in einen Hochspannungsbereich 101 und einen Niederspannungsbereich 102 auf. Das zu messende Bauteil 30 ist dabei auf dem Hochspannungsbereich 101 der Platine 10 angeordnet, während der Niederspannungsbereich 102 der Platine 10 zur Messung dient. Zur Isolierung des Niederspannungsbereich 102 vom Hochspannungsbereich 101 ist dabei ein erster Abstand 103 zwischen dem Hochspannungsbereich 101 und dem Niederspannungsbereich 102 ausgelegt.
Die elektronische Schaltung 20 umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand 200, einen ersten Widerstand 201, der als NTC- oder PTC-Widerstand ausgebildet sein kann, und ein Messmittel 201a, das zur Messung einer an den ersten Widerstand 201 abfallenden Spannung eingerichtet ist. Das Messmittel 201a umfasst dabei einen zusätzlichen Widerstand 203 und einen Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt). Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine erste Leitung 211 mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands 201 ist mit der Masse verbunden.
Ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 ist über eine zusätzliche Leitung 213 mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des zusätzlichen Widerstand 203 und der zweite Anschluss der ersten Widerstands 201 sind dabei an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind an eine Spannungsversorgung von beispielsweise 3,3 V angeschlossen. Dabei ist der zweite Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine zweite Leitung 212 mit einem Anschluss der Spannungsversorgung verbunden.
Dabei liegt eine Versorgungsspannung U1 zwischen dem zweiten Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an, und eine Messspannung U2, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig ist, liegt zwischen dem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an. Die Messspannung U2 wird dabei von dem Analog-Digital-Wandler abgelesen.
Der temperaturabhängige Widerstand 200 und das Bauteil 30 sind dabei einander gegenüber in dem ersten Abstand 103 angeordnet. Dabei stellt der temperaturabhängige Widerstand 200 mit dem ersten Widerstand 201 einen Spannungsteiler dar, der die Messspannung U2 ergibt. Der zusätzliche Widerstand 203 dient dem Schutz von mit ihm verbundenen elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise eines Analog-Digital-Wandlers, eines Spannungsfolgers und eines Komparators, die einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweisen. Zwischen dem zusätzlichen Widerstand 203 und der Masse, also dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201, muss noch ein entsprechender Schutz gegen zu hohe Spannungen am Analog-Digital-Wandler-Eingang durch z. B. eine Diode zur Masse vorgesehen werden. Die erste Leitung 211 sowie die zusätzliche Leitung 213 brauchen nur einen zweiten Abstand 104, der kleiner als der ersten Abstand 103 ist, zum Hochspannungsbereich 101 aufzuweisen, da hier im Falle einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Leitung 211 und einem hohen Spannungspotential der Stromfluss durch den ersten Widerstand 201 stark begrenzt wird. Die zweite Leitung 212 muss den höheren, ersten Abstand 103 einhalten, da es hier bei einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Leitung 212 und dem höheren Spannungspotential zu einem direkten Kurzschluss zur Versorgungsspannung U1 kommt. In der ersten Leitung 211 und der zusätzlichen Leitung 213 kann bei Kontakt zum Hochspannungsbereich 101 der Strom ebenfalls unbegrenzt nach der Spannungsversorgung fließen, wenn der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 bei hohen Temperaturen gegen Null geht. Daher müsste in diesem Fall der zweite Abstand 104 ebenso wie der erste Abstand 103 gewählt werden.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Platine 10 mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 20 zur Temperaturmessung. Dabei umfasst das elektronische Gerät wie das elektronische Gerät gemäß 1 ein Bauteil 30, dessen Temperatur zu messen ist, und eine erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 zur Messung der Temperatur des Bauteils 30. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 sowie das zu messende Bauteil 30 sind dabei auf der Platine 10 angeordnet.
Hierbei handelt es sich bei dem zu messenden Bauteil 30 ebenfalls um ein elektronisches Bauteil 30, das sich auf einem hohen Spannungsniveau, wie beispielsweise 60 V, befindet. Das Bauteil 30 kann beispielsweise als MOSFET, Diode oder sonstiges elektronisches Bauteil ausgebildet werden und stellt eine Wärmequelle dar.
Die Platine 10 teilt sich dabei in einen Hochspannungsbereich 101 und einen Niederspannungsbereich 102 auf. Das zu messende Bauteil 30 ist dabei auf dem Hochspannungsbereich 101 der Platine 10 angeordnet, während der Niederspannungsbereich 102 der Platine 10 zur Messung dient. Zur Isolierung des Niederspannungsbereichs 102 vom Hochspannungsbereich 101 ist dabei ein erster Abstand 103 zwischen dem Hochspannungsbereich 101 und dem Niederspannungsbereich 102 ausgelegt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 umfasst dabei einen temperaturabhängigen Widerstand 200, der als NTC- oder PTC-Widerstand ausgebildet sein kann, und einen ersten Widerstand 201 und ein Messmittel 201a, das zur Messung einer an den ersten Widerstand 201 abfallenden Spannung eingerichtet ist. Das Messmittel 201a umfasst dabei einen zusätzlichen Widerstand 203 und einen Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt). Dabei ist ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine erste Leitung 211 mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands 201 ist dabei mit der Masse verbunden. Ein erster Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 ist über eine zusätzliche Leitung 213 mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands 201 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind dabei an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen.
Um den Abstand des temperaturabhängigen Widerstands 200 zum Bauteil 30 vom ersten Abstand 103 auf den zweiten Abstand 104 zu reduzieren, umfasst die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektronische Schaltung 20 ferner einen zweiten Widerstand 202.
Dabei ist ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands 200 über eine zweite Leitung 212 mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands 202 elektrisch verbunden. Der erste Widerstand 201, der temperaturabhängige Widerstand 200 und der zweite Widerstand 202 sind somit in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler.
Ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands 202 und der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 sind dabei an eine Spannungsversorgung von beispielsweise 5 V angeschlossen. Dabei liegt eine Versorgungsspannung U1 zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands 202 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an, und eine Messspannung U2, die vom Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig ist, liegt zwischen einem zweiten Anschluss des zusätzlichen Widerstands 203 und dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands 201 an. Es ist auch möglich, dass der zweite Anschluss des zweiten Widerstands 202 mit der Masse verbunden ist, während der zweite Anschluss des ersten Widerstands 201 mit dem anderen Anschluss der Spannungsversorgung verbunden ist.
Der Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands 201, 202, 203 ist so auszuwählen, dass jeder der Widerstände 201, 202, 203 die Verlustleistung, die an ihm beispielweise im Falle einer elektrischen Verbindung der zu messenden Bauteile 30 bzw. der Leiterbahnen des Hochspannungsbereiches 101 und der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 20 aufgrund des geringeren Abstands dazwischen entstehen könnte, zerstörungsfrei überstehen kann. Darüber hinaus ist die Auswahl des Widerstandswert des ersten, des zweiten und des zusätzlichen Widerstands 201, 202, 203 von der gewünschten Messgenauigkeit und auch von dem Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 200 abhängig.
Beispielsweise liegt das Spannungsniveau des Hochspannungsbereiches 101 auf 60 V. Der Widerstandswert des ersten Widerstands 201 ist so zu wählen: $R_{1} = \frac{{(60 V)}^{2}}{P_{1}}$
dabei ist R₁ der Widerstandswert des ersten Widerstands 201 und P₁ die Verlustleistung des ersten Widerstands 201, die im Datenblatt des ersten Widerstands 201 zu finden ist.
Der Widerstandswert des zweiten Widerstands 202 ist so zu wählen: $R_{2} = \frac{{(60 V - 5 V)}^{2}}{P_{2}}$
dabei ist R₂ der Widerstandswert des zweiten Widerstands 202 und P₂ die Verlustleistung des zweiten Widerstands 202, die im Datenblatt des zweiten Widerstands 202 zu finden ist.
Die Berechnung des Widerstandswertes des zusätzlichen Widerstands 203 kann gleich der bei dem ersten Widerstands 201 sein. Der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstands 203 kann auch größer als der Widerstandswert des ersten und des zweiten Widerstands 201, 202 gewählt werden. Es kommt auch auf den angeschlossenen Analog-Digital-Wandler oder die entsprechende Auswerteschaltung an.
Hierbei können der erste und der zweite Widerstand 201, 202 einen gleichen Widerstandswert aufweisen. Ein anderes Widerstands-Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 201, 202 ist aber auch denkbar.
Durch den ersten und den zweiten Widerstand 201, 202 gelten für die erste und die zweite Leitung 211 und 212 dieselben Bedingungen, sofern der erste und der zweite Widerstand 201, 202 einen gleichen Widerstandswert aufweisen. Somit kann der Abstand zwischen der zweiten Leitung 212 und dem Hochspannungsbereich 101 von dem ersten Abstand 103 auch auf den zweiten Abstand 104 reduziert werden. Ein direkter Kurzschluss kann dadurch nicht mehr auftreten. Hierbei sollen aber der erste, der zweite und der zusätzliche Widerstand 201, 202, 203 auch einen PAD-Abstand von mindestens dem ersten Abstand 103 einhalten. Je nach System kann beispielsweise 1,8 V, 3,3 V oder 5 V als Versorgungsspannung U1 genutzt werden.
Beispielsweise kann die Versorgungsspannung U1 für den temperaturabhängigen Widerstand 200 bei 5 V liegen, während eine Referenzspannung des Analog-Digital-Wandlers bei 3,3 V liegt. Wenn hierbei der erste und der zweite Widerstand 201, 202 auch den gleichen Widerstandswert aufweisen, würde sich für eine unendlich hohe Temperatur, d. h. der temperaturabhängige Widerstand 200 weist einen Widerstandswert von 0 Ω auf, am Analog-Digital-Wandler 2,5 V ergeben. Somit wird die 3,3 V-Referenzspannung fast komplett ausgenutzt. Durch eine Anpassung von dem ersten und dem zusätzlichen Widerstand 201, 203 kann dies noch weiter angepasst werden.
Die erste und die zweite Leitung 211, 212 werden jeweils durch den ersten oder den zweiten Widerstand 201, 202 begrenzt, wenn diese mit dem Hochspannungsbereich 101 in Berührung kommen.
3 zeigt eine Tabelle, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Temperatur, Widerstandswert und Spannung des temperaturabhängigen Widerstands 200, der als NTC-Widerstand ausgebildet ist, darstellt. Die Tabelle umfasst von links nach rechts eine erste Spalte, eine zweite Spalte und eine dritte Spalte. In der ersten Spalte werden Temperaturen des temperaturabhängigen Widerstands 200 in °C angegeben. In der zweiten Spalte werden Widerstandswerte des temperaturabhängigen Widerstands 200 in kQ angegeben. In der dritten Spalte werden Spannungen des temperaturabhängigen Widerstands 200 in V angegeben.
Hierbei beträgt die Versorgungsspannung U1 5 V. Der erste und der zweite Widerstand 201, 202 weisen dabei jeweils einen Widerstandswert von 10 kΩ auf. Der temperaturabhängige Widerstand 200 weist einen Widerstandswert von 47 kQ bei einer Temperatur von 25 °C auf. Das Spannungsniveau des Hochspannungsbereichs 101 liegt auf 60 V.
Dabei wird die Temperatur zwischen -50 °C und 300 °C gemessen. Genauer gemessen wird die Temperatur zwischen 0 °C und 100 °C. Der erste Widerstand 201 sollte bei Kontakt zum Hochspannungsbereich 101 $\frac{{(60 V)}^{2}}{10 k Ω} = 360 m W$
an Verlustleistung abführen können. Der zweite Widerstand 202 sollte dabei $\frac{{(60 V - 5 V)}^{2}}{10 k Ω} = 303 m W$
an Verlustleistung abführen können.
Wird die Referenzspannung des Analog-Digital-Wandlers zu 2,5 V gewählt, erhöht sich die Messgenauigkeit. Durch andere Wahl des temperaturabhängigen Widerstands 200 und/oder der Begrenzungsmöglichkeiten kann hier das genau aufzulösende Temperaturfenster eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 210442486 U [0005]
US 2004/0059538 A1 [0006]

Claims

Elektronische Schaltung (20) zur Temperaturmessung eines Bauteils (30) auf einer Platine (10), umfassend einen temperaturabhängigen Widerstand (200), einen ersten Widerstand (201) und ein Messmittel (201a), das zur Messung einer an den ersten Widerstand (201) abfallenden Spannung eingerichtet ist, wobei ein erster Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine erste Leitung (211) mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands (201) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (20) ferner einen zweiten Widerstand (202) aufweist, wobei ein zweiter Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands (200) über eine zweite Leitung (212) mit einem ersten Anschluss des zweiten Widerstands (202) elektrisch verbunden ist, und wobei der erste Widerstand (201), der temperaturabhängige Widerstand (200) und der zweite Widerstand (202) in Reihe geschaltet sind und einen Spannungsteiler bilden.
Elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Widerstand (201, 202) einen gleichen Widerstandswert aufweisen.
Elektronisches Gerät, umfassend mindestens eine elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1 oder 2, mindestens ein Bauteil (30), dessen Temperatur zu messen ist, und eine Platine (10), wobei die mindestens eine elektronische Schaltung (20) und das mindestens eine Bauteil (30) auf der Platine (10) angeordnet sind.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (30) als Halbleiterschalter ausgebildet ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (30) als FET oder IGBT ausgebildet ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (30) als Diode ausgebildet ist.
Batteriesystem, umfassend mindestens eine elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1 oder 2 und/oder mindestens ein elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6.
Fahrzeug, umfassend mindestens eine elektronische Schaltung (20) nach Anspruch 1 oder 2 und/oder mindestens ein elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und/oder mindestens ein Batteriesystem nach Anspruch 7.