專利名稱：測量電阻元件的電阻值的電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測量電阻元件的電阻的電路，該電阻元件諸如是用于監(jiān)測車輛系統(tǒng)中的溫度值的PTC或NTC熱敏電阻傳感器。
背景技術：
已知現(xiàn)代車輛系統(tǒng)中傳統(tǒng)地裝備有多個用于監(jiān)測車輛系統(tǒng)中的多個元件的溫度值的電阻傳感器。當前，通常使用的電阻溫度傳感器是負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)或正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC) O溫度值的測量通常使用存在于上拉電阻中的分壓器，其具有已知的電阻值，且在共用節(jié)點處串聯(lián)連接于電阻傳感器。分別將兩個不同的電壓值提供至分壓器的自由端，以在共用節(jié)點處產(chǎn)生表示電阻傳感器的電阻的模擬信號。該模擬信號隨后被通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器繼而被連接至控制單元，而所述控制單元通常為設置在車輛系統(tǒng)中的發(fā)動機控制單元(E⑶)。該 ECU使用數(shù)字信號基于傳感器的種類，NTC或PTC，確定電阻傳感器的相應的溫度。該NTC和PTC熱敏電阻具有使得其和A/D轉(zhuǎn)換器的接口變得復雜以及成本高昂的特征。這主要是由于傳感器的傳遞函數(shù)是非線性的。傳遞函數(shù)的非線性導致了測量電阻值的低準確性，且作為結果，導致溫度值的低準確性。詳細地，NTC熱敏電阻在低溫(S卩，接近于_30°C的溫度)上具有非常低的分辨率， 在某一點處其不允許驗證該熱敏電阻是否在正常運行。在另一方面，PTC熱敏電阻允許低溫上的更精確的測量，但其較NTC熱敏電阻更
蟲
貝ο有介于此，本發(fā)明的實施例的目標是改進電阻元件的電阻值的確定的分辨準確度。另一個目標是使得電阻值的測量獨立于電元件公差。又一個目標是使用簡單、合理以及較不昂貴的解決方案實現(xiàn)上述目標。
發(fā)明內(nèi)容
通過如在獨立權利要求中報告的本發(fā)明的實施例的特征來實現(xiàn)所述和/或其他目標。所述獨立權利要求陳述了本發(fā)明的實施例的優(yōu)選和/或特別有優(yōu)勢的特征。更詳細地，本發(fā)明的實施例提供一種用于測量電阻元件的電阻值RTH的方法，其包括a)將其具有已知的電阻值Rpu的上拉電阻(pull up resistance)⑶串聯(lián)連接至電阻元件(2)，并將第一電壓值Vp提供至所述上拉電阻(3)的自由端(3’)，以及將較低的第二電壓值Vn提供至所述電阻元件(2)的自由端(2’)，以形成分壓器，
b)監(jiān)測表示所述電壓元件(2)和所述上拉電阻(3)之間的電壓值的信號，c)確定所監(jiān)測的信號和產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)之間的差值，所述脈沖寬度調(diào)制信號具有電壓值Vp和VN，分別作為高電壓值和低電壓值。d)將該差值在時間上積分，以獲得輸出信號，e)基于輸出信號在時間上的變動，變動所述脈沖寬度調(diào)制信號的負載循環(huán)(duty cycle),f)獲取所述脈沖寬度調(diào)制信號的負載循環(huán)的值D1,g)基于負載循環(huán)值D1和上拉電阻值Rpu確定電阻值。由于該實施例，從而能夠獲得電阻元件的任何電阻值的高監(jiān)測分辨率。此外，測量電阻值獨立于溫度以及電元件公差，而僅取決于上拉電阻的公差。根據(jù)本發(fā)明的方面，負載循環(huán)的變動是通過當輸出信號等于或位于高閾值電壓值之上時將所述脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換至高電壓值，以及當輸出信號等于或低于低閾值電壓值時將所述脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換至低電壓值來實現(xiàn)的。該解決方案優(yōu)勢地允許了對輸出信號的變動的良好的控制，以及由此造成的對產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號的變動的良好的控制。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，脈沖寬度調(diào)制信號在一周期上的負載循環(huán)D由以下的公式計算出
權利要求
1.一種用于測量電阻元件(2)的電阻值Rth的方法，其包括a)將具有已知的電阻值Rpu的上拉電阻(3)串聯(lián)連接至電阻元件(2)，并將第一電壓值 Vp提供至所述上拉電阻(3)的自由端(3’)，以及將較低的第二電壓值提供至所述電阻元件 ⑵的自由端(2’)，以形成分壓器⑷，b)監(jiān)測表示所述電壓元件(2)和所述上拉電阻(3)之間的電壓值的信號\，c)確定所監(jiān)測的信號和產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)之間的差值，所述脈沖寬度調(diào)制信號具有電壓值Vp和VN，分別作為高電壓值和低電壓值。d)將該差值在時間上積分，以獲得輸出信號VTK，e)基于輸出信號Vtk在時間上的變動，變動所述脈沖寬度調(diào)制信號Vtk的負載循環(huán)，f)獲取所述脈沖寬度調(diào)制信號的負載循環(huán)的值D1,g)基于負載循環(huán)值D1以及上拉電阻值Rpu確定所述電阻元件的電阻值。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述負載循環(huán)的變動是通過當所述輸出信號等于或位于高電壓閾值(Vhi)之上時將所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)轉(zhuǎn)換至高電壓值，以及當所述輸出信號(Vtk)等于或低于低電壓閾值值(Vm)時將所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)轉(zhuǎn)換至低電壓值來實現(xiàn)的。
3.如權利要求I所述的方法，其中根據(jù)下面的公式，通過表示所述脈沖寬度調(diào)制信號隨時間的變動的數(shù)字計數(shù)器值Con和Ctw,計算所述脈沖寬度調(diào)制信號的負載循環(huán)的值D1
4.如權利要求3所述的方法，其中每當所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)值從低壓值轉(zhuǎn)換至高壓值時，計數(shù)器值Cw被設定至零且只要所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)保持在該高壓值則其以固定的頻率步增。
5.如權利要求3所述的方法，其中只要所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)等于低電壓值，則計數(shù)器值Ctw以固定的頻率步增，而只要所述脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)等于高壓值，則其被設定且保持在等于零的值。
6.如權利要求I所述的方法，其中所述電阻元件的電阻值由以下的公式確定
7.如權利要求I所述的方法，其包括h)顛倒在序列的相應的自由端提供的電壓值Vp和VN，以及，i)重復步驟b)Me),j)獲取負載循環(huán)的第二值D2k)基于此前確定的負載循環(huán)值D1和D2計算負載循環(huán)的等價值Deq，I)基于負載循環(huán)值Deq以及上拉電阻值Rpu確定所述電阻元件的電阻。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述負載循環(huán)的等價值Deq被根據(jù)下列公式方便地計算
9.一種用于測量電阻元件(2)的電阻值Rth的電路(1，101)，所述電路包括在共用節(jié)點(5)處串聯(lián)連接至所述電阻元件(2)的上拉電阻(3)、用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)的脈沖寬度調(diào)制信號生成器電路(100)、所述脈沖寬度調(diào)制信號電路(100)具有連接至用于計算所述共用節(jié)點處(5)的電壓信號(Vs)和所述脈沖寬度調(diào)制信號之間的差值的加法器(6)的輸入端以及連接至數(shù)字邏輯單元(9)的輸出端。
10.如權利要求9所述的電路，其中所述脈沖寬度調(diào)制信號生成器電路(100)包括電壓積分器(7)，其具有連接至加法器(6)的輸入端，以及連接至電壓轉(zhuǎn)換器(8)的輸出端，所述電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(Vpwm)且具有連接至所述數(shù)字邏輯單元(9)的輸出端。
11.如權利要求9所述的電路，其中第二轉(zhuǎn)換器(15)被連接在上拉電阻(3)的自由端(3')和數(shù)字邏輯單元(9)之間，且第三轉(zhuǎn)換器(16)被連接在電阻元件(2)的自由端 (2/ )和邏輯單元(9)之間，所述第二轉(zhuǎn)換器(15)和第三轉(zhuǎn)換器(16)被配置為替換地提供高的第一電壓值(Vp)和低的第二電壓值(Vn)至上拉電阻(3)的自由端(3')以及電阻元件⑵的自由端。
12.如權利要求9所述的電路，其中所述上拉電阻(9)被通過多路器裝置(17)串聯(lián)連接至電阻元件(2)。
全文摘要
一種用于測量電阻元件的電阻值RTH的方法，其包括將具有已知電阻值的上拉電阻串聯(lián)連接至所述元件，且提供第一電壓值VP至所述上拉電阻的自由端，以及第二較低的電阻值VN至所述元件的自由端；監(jiān)測表示在所述元件和所述上拉電阻之間的電阻值的信號；確定監(jiān)測到的信號和產(chǎn)生的信號PWM之間的差值，所述信號具有分別作為高電壓值和低電壓值的VP和VN；將所述差值在時間上積分，以獲得所處信號；基于輸出信號在時間上的變動變動所述PWM信號的負載循環(huán)；獲取所述PWM信號的負載循環(huán)的值；基于所述負載循環(huán)值和所述上拉電阻值確定所述電阻元件的電阻值。還提供了該測量電路。
文檔編號G01R27/02GK102608424SQ201210017618
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2011年1月19日
發(fā)明者F.奧蒂里, S.尼杜 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司