用于汽车电子系统的高精度NTC热敏电阻温度检测电路的制作方法

本发明涉及一种高精度ntc热敏电阻温度检测电路，属于集成电路和汽车电子。

背景技术：

1、ntc热敏电阻是新能源汽车电子系统中应用最广泛的温度传感元件之一。在新能源汽车发动机冷却系统中，ntc热敏电阻常用于监测冷却液温度，保障发动机维持最佳工作温度；在汽车空调系统中，ntc热敏电阻常用于实现多点测温，支持多区独立控温与蒸发器除霜控制；在座椅加热、转向器等部件中，ntc热敏电阻常用于提供过热保护，提升驾乘安全性；ntc热敏电阻还被大量部署在动力电池包、bms、逆变器、obc等系统中，实时监测电芯与功率器件温度，同时在自动驾驶adas、毫米波雷达、激光雷达中提供温度补偿与过热保护，维持系统稳定运行。

2、汽车工作的环境温度范围非常大，北方极寒环境下温度可低至-40℃，发动机舱、功率器件附近工作温度可突破120℃，温度跨度大且温度变化速率快，同时车辆行驶过程中还存在振动、电磁干扰等干扰因素，这些都会直接影响温度检测精度。这就要求基于ntc热敏电阻的温度检测电路整体具备高精度和高可靠性，要求ntc本身r25电阻精度至少达到±1%，b值公差控制在±1%以内，整体温度误差控制在±0.5℃以内，配合校准算法抵消非线性误差，才能在全温度区间保障检测结果准确可靠。

3、图1为现有技术中ntc热敏电阻温度检测电路原理图。现有的ntc热敏电阻温度检测电路由ntc热敏电阻rv、精密分压电阻rm、运算放大器、模数转换器adc、参考电压源vref、滤波电容c1共同组成。该电路正常工作时，ntc热敏电阻rv与精密分压电阻rm构成分压电路，热敏电阻rv的阻值随温度负变化，使分压点的电压vrt随之改变；运算放大器a连接成单位增益形式将vrt信号缓冲输出为vad；最后模数转换器adc把模拟电压vad转换为数字温度信号dtmp，实现温度的数字化检测。

4、上述现有实施方案存在2个明显问题，一是抗干扰能力差，参考电压源vref或者其他干扰使得vrt上产生了瞬时干扰量，将会直接在数字温度信号dtmp上产生误差。二是ntc电阻温度系数非线性问题，现有ntc热敏电阻的阻值与温度变化呈现出非常大的非线性关系，为此adc直接转换得到的数字温度信号dtmp存在非常大的非线性，需要配合校准算法软件抵消上述电阻引起的非线性误差，才能在全温度区间保障检测结果准确可靠。而校准算法势必产生一定的延迟时间，降低温度检测电路的温度响应速度。因此，提供一种具备高抗干扰特性的低延时快速响应高精度ntc热敏电阻温度检测电路，有着重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明在现有技术基础上，提供了一种用于汽车电子系统的高精度ntc热敏电阻温度检测电路，提高汽车各功能模块温度检测的速度和精度。

2、本发明提供的用于汽车电子系统的高精度ntc热敏电阻温度检测电路，其包括：热敏电阻rntc1、热敏电阻rntc2、分压电阻rm1、分压电阻rm2、滤波电容c1、滤波电容c2、运算放大器、模数转换器、逆函数补偿码计算电路、补偿电流源ical1和补偿电流源ical2；

3、补偿电流源ical1电源端连接电源电压vdd，输出端连接热敏电阻rntc1的上端；热敏电阻rntc1的下端同时连接分压电阻rm1上端、滤波电容c1上端，产生温度检测电压vrt1连接到运算放大器的反相输入端，分压电阻rm1下端和滤波电容c1下端接地；

4、补偿电流源ical2电源端连接电源电压vdd，输出端连接热敏电阻rntc2的上端；热敏电阻rntc2的下端同时连接分压电阻rm2上端、滤波电容c2上端，产生温度检测电压vrt2连接到运算放大器的同相输入端，分压电阻rm2下端和滤波电容c2下端接地；

5、运算放大器将温度检测电压差值进行放大，输出温度检测差模信号vadd，连接到模数转换器；模数转换器将温度检测差模信号vadd进行转换得到数字温度信号dtmp，连接到逆函数补偿码计算电路；逆函数补偿码计算电路根据数字温度信号dtmp的大小产生温度补偿码dcal，分别输出给补偿电流源ical1和补偿电流源ical2，控制其输出电流大小。

6、上述电路中，所述热敏电阻rntc1、热敏电阻rntc2、分压电阻rm1、分压电阻rm2、滤波电容c1、滤波电容c2构成差分温度检测电路，且热敏电阻rntc1和热敏电阻rntc2的绝对阻值和温度系数不同。

7、具体的，所述逆函数补偿码计算电路使用温度补偿码dcal对温度检测电压vrt1进行补偿，通过在补偿电流源ical1中引入补偿量后得到补偿温度检测电压vrt1cal，满足如下关系式：

8、vrt1cal=vrt0+ical1* rntc0*f(t0-t)* fcal

9、其中，补偿变量函数fcal设置为：

10、fcal=-k* f-1(t0-t)

11、并且非线性曲线函数f(x)与其互补函数f-1(x)满足乘积恒等式：

12、f(x) * f-1(x)=x，x= t0-t

13、在电路参数满足归一化条件ical1* rntc0=1时，所补偿温度检测电压vrt1cal可化简为：

14、vrt1cal=vrt0-k*(t0-t)

15、其中，f（x）表示单个热敏电阻rntc1的绝对阻值随温度降低呈现加速增加的非线性曲线函数；t表示当前实际环境温度，t0表示基准温度，温度为t0时热敏电阻rntc1的阻值为rntc0、温度检测电压vrt1的值为vrt0；在补偿电流源ical1中引入补偿变量函数fcal，-k为理想条件下补偿得到温度检测电压vrt1随温度降低的固定斜率；f-1(t0-t)用于抵消f(t0-t)中的非线性项，以使输出电压随温差t0-t呈线性变化；

16、同理，所述逆函数补偿码计算电路使用温度补偿码dcal对温度检测电压vrt2进行补偿得到补偿温度检测电压vrt2cal。

17、电路正常工作时，分别流过热敏电阻rntc1和热敏电阻rntc2的电流大小均受变量函数fcal= -k*f-1(t0-t)控制，并分别得到斜率固定的高线性度补偿温度检测电压vrt1cal和补偿温度检测电压vrt2cal，通过差分处理得到斜率固定的高线性度补偿差分温度检测电压vrt2cal-vrt1cal，再经差分放大得到高线性度的温度检测差模信号vaddcal。

18、本发明的优点是：首先，采用差分温度检测方式，增加了温度检测电路的共模干扰控制能力和可靠性；其次，在差分温度检测ntc热敏电阻上增加了输出电流大小均受变量函数fcal= -k*f-1(t0-t)控制的补偿电流ical1和补偿电流ical2，实现斜率固定的高线性度补偿差分温度检测电压vrt2cal-vrt1cal和高线性度的温度检测差模信号vaddcal。

19、本发明在检测电路中直接进行温度非线性补偿，无需额外采用软件算法进行数据补偿和校准，具备更高的响应速度。本发明的方案可广泛应用于高精度汽车电子系统中，作为温度检测模块使用。