CN212486381U - 温度传感器的供电电路、电路系统以及相应的温度传感器 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及温度传感器的供电电路、电路系统以及相应的温度传感器。该供电电路包括：输入端，被配置为耦合到直流电源或交流电源；整流单元，耦合到输入端，并且被配置为将来自输入端的电压转换为第一直流电压；功率单元，被配置为接收来自整流单元的第一直流电压并输出第二直流电压，功率单元包括至少一个功率开关；以及控制单元，耦合到至少一个功率开关，并且被配置为控制至少一个功率开关的接通和关断以将第一直流电压转换为第二直流电压。本公开的实施例所提供的温度传感器可以适用于具有不同供电电压的各种交流电源以及直流电源，从而使得该温度传感器可以具有简化的安装和布线、以及更高的可靠性。

Description

温度传感器的供电电路、电路系统以及相应的温度传感器

技术领域

本公开涉及温度传感器，更具体地，涉及温度传感器的供电电路和电路系统以及包括该电路系统的温度传感器。

背景技术

在工业领域中，由于存在大量的测温需求，因此经常需要应用温度传感器。温度传感器能够感测环境温度和器件温度，并将所感测到温度信息发送给其他设备以供使用或者进行显示。温度传感器包括有源温度传感器和无源温度传感器，其中有源温度传感器需要电源供电以维持其正常工作。通常，有源温度传感器内需要设置供电电路，该供电电路可以连接到外部电源，以便为温度传感器内的电子器件(诸如中央处理单元CPU)提供功率。然而，现有的有源温度传感器的供电电路只能接收和处理具有特定电压的交流功率。因此，通常需要提供线缆将温度传感器连接到提供特定电压的专用电源，这增加了温度传感器布线的复杂性并且限制了温度传感器的应用。

例如，在配电系统的电气柜中，需要应用较多的温度传感器来感测环境温度或感测诸如母线、电缆、电容器和电抗器等各种电气线路和部件的温度。由于需要将较多的温度传感器分布在电气柜的不同位置，需要进行大量布线以将温度传感器连接到提供特定电压的专用电源。在电气柜内的复杂环境下，这种温度传感器存在安装复杂、成本高、以及可靠性低的问题。

实用新型内容

为了至少部分解决上述以及其他可能存在的问题，本公开的实施例提供了改进的温度传感器、以及温度传感器的供电电路和电路系统。

根据本公开的第一方面，提供了温度传感器的供电电路，该供电电路包括：输入端，被配置为耦合到直流电源或交流电源；整流单元，耦合到输入端，并且被配置为将来自输入端的电压转换为第一直流电压；功率单元，被配置为接收来自整流单元的第一直流电压并输出第二直流电压，功率单元包括至少一个功率开关；以及控制单元，耦合到至少一个功率开关，并且被配置为控制至少一个功率开关的接通和关断以将第一直流电压转换为第二直流电压。

通过本公开的实施例，温度传感器可以具有更灵活的电源选择，从而可能连接到附近的可用电源，而不再需要连接到远离自己的专用电源。由此，可以减少温度传感器的布线和安装的复杂性、降低了温度测量的成本、并提高了温度传感器的可靠性。

在本公开的某些实施例中，整流单元包括全桥整流器，全桥整流器被配置为能够将来自输入端的交流电压和正反接的直流电压转换为第一直流电压。通过全桥整流器，直流电源可以以正接和反接的方式耦合到供电电路的输入端，而不会由于错误接线而导致温度传感器供电中断。

在本公开的某些实施例中，功率单元的至少一个功率开关是击穿电压超过800V的功率开关。通过该实施例，温度传感器的供电电路可以从电气柜内的各种电气线路或电气部件获取电力，而不再需要借助于长线缆来连接到远离测温位置的专用电源。

在本公开的某些实施例中，供电电路还包括：检测单元，被配置为对功率单元输出的电压进行检测，并且向控制单元提供电压检测信号。通过该检测单元，可以将供电电路输出的电压反馈给控制单元，从而实现对输出电压的闭环控制。

在本公开的某些实施例中，控制单元基于电压检测信号将脉冲宽度调制PWM信号发送到至少一个功率开关。通过该实施例，可以精确控制功率开关的接通和关断以获取需要的输出电压，并且还可以减低谐波畸变以及提高转换效率。

在本公开的某些实施例中，供电电路还包括：保护单元，被耦合在整流单元与功率单元之间，保护单元被配置为向功率单元提供过电压保护和过电流保护中的至少一种。通过该保护单元，可以抑制或防止电路中的过电压或过电流对功率单元的冲击。

在本公开的某些实施例中，供电电路还包括：电磁兼容EMC单元，被耦合在整流单元与功率单元之间。通过该实施例，可以屏蔽外部的电磁干扰，并且也可以防止温度传感器影响外部设备，从而使得温度传感器符合电磁兼容的要求。

根据本公开的第二方面，提供了温度传感器的电路系统，该电路系统包括：测温电路，被配置为接收和处理来自测温探头的感测信号，并提供指示温度的信息；通信电路，耦合到测温电路，并且被配置为以无线的方式向外部发送测温电路提供的信息；以及根据本公开的第一方面的供电电路，该供电电路将第二直流电压提供到测温电路和通信电路，以便为测温电路和通信电路提供功率。通过本公开的实施例，可以节省大量的通信线路和供电线路，从而简化了温度传感器的安装，并且扩展了温度传感器的应用范围。

在本公开的某些实施例中，通信电路包括以下各项中的至少一项：内置天线，被配置为进行无线通信；以及天线接口，被配置为耦合到位于温度传感器外部的外置天线。通过该实施例，温度传感器可以借助于内置天线和远离复杂电磁环境的外置天线来进行无线通信，这增加了无线通信的可靠性。

根据本公开的第三方面，提供了温度传感器，该温度传感器包括至少一个测温探头以及根据本公开的第二方面的电路系统。通过本公开的实施例，可以有利地减少温度传感器的数量以及布线，从而降低了测温成本并提高了测温可靠性。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开的实施例的温度传感器的供电电路110的示意图；以及

图2示出了根据本公开的实施例的温度传感器的电路系统100。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到选替技术方案。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

本公开的实施例提供了一种改进的温度传感器的供电电路、电路系统以及相应的温度传感器。该供电电路能够接收直流电压和宽范围的交流电压，并将接收到的电压处理成能够由温度传感器的电子电路使用的供电电压。由此，温度传感器可以连接到附近的可用电源，该可用电源可以提供交流电压或直流电压，并且所提供的电压大小也不会受到特定电压的限制。因此，可以极大减少温度传感器的布线，从而降低了安装的复杂性和成本，并提高了温度传感器的供电可靠性。

图1示出了根据本公开的实施例的温度传感器的供电电路110的示意图。如图1所示，供电电路110可以包括输入端111，输入端111可以被配置为耦合到直流电源300或交流电源400(参见图2)。例如，输入端111可以是电力连接器或接插件，以在温度传感器上提供连接到外部电源的功率接口。输入端111可以经由线缆连接到交流电源或者连接到直流电源，而并非只能连接到指定类型和指定电压的电源。作为示例，本公开的供电电路110可以接收诸如110V、220V、380V、690V的交流电压以及24V的直流电压。然而，可以理解的是，供电电路110也可以根据需要接收其他交流电压或直流电压。

根据本公开的实施例，供电电路110可以包括整流单元112，整流单元112耦合到输入端111，并且被配置为将来自输入端111的电压转换为第一直流电压。作为示例，整流单元112可以是任何适当的整流电路以将从输入端111接收到的交流电压整流为第一直流电压，或者将接收到的直流电压转换为第一直流电压。整流单元112可以包括但不限于半波整流电路和全桥整流电路，并且整流单元112可以包括诸如二极管的不受控半导体器件或者诸如晶体管的受控半导体器件。作为示例，当输入端111的输入电压为220V AC时，整流单元112输出的对应第一直流电压为500V DC；当输入端111的输入电压为380V AC时，整流单元112输出的对应第一直流电压为500V DC；当输入端111的输入电压为24V DC时，整流单元112输出的对应第一直流电压为23.3V DC。

在本公开的某些实施例中，整流单元112可以包括全桥整流器，全桥整流器被配置为能够将来自输入端111的交流电压和正反接的直流电压转换为第一直流电压。例如，直流电源的正负极可能正接到输入端111，也可能反接到输入端111。当直流电源的正负极被反接到输入端111时，诸如半波整流的整流单元112仅能单向导通，可能阻断功率流动，从而无法为后级电路供电。为此，整流单元112例如可以采用全桥整流器，并且全桥整流器可以将输入端上的正反极性的电压均转换为直流电压。由此，直流电源可以以正接和反接的方式耦合到输入端，而不会由于错误接线而导致温度传感器供电中断。

根据本公开的实施例，供电电路110可以包括功率单元115，功率单元115可以被配置为接收来自整流单元112的第一直流电压并输出第二直流电压，功率单元115包括至少一个功率开关。作为示例，功率单元115可以是DC-DC转换电路，例如升压型DC-DC转换器、降压型DC-DC转换器或升降压型DC-DC转换器。可以理解的是，功率单元115也可以是任何类型的包括功率开关的电压转换电路，只要能够将第一直流电压调节为第二直流电压即可。用于功率单元115的功率开关可以包括但不限于绝缘栅双极晶体管(IGBT)、结栅场效应晶体管(JFET)、双极结晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、硅MOSFET、栅关断晶闸管(GTO)、MOS控制晶闸管(MCT)、集成栅换流晶闸管(IGCT)、碳化硅(SiC)开关器件或氮化镓(GaN)开关器件。作为示例，第二直流电压可以5V DC。但是，可以理解的是，第二直流电压可以是温度传感器的电子电路所需要的任何其他电压。此外，在一些情况下(例如温度传感器内的电子电路需要多种供电电压时)，第二直流电压可以包括多个不同的电压电平，以满足不同的供电需求。

在本公开的某些实施例中，功率单元115的至少一个功率开关是击穿电压超过800V的功率开关。具有800V以上击穿电压的功率开关器件允许接收和转换足够大范围的电压。例如，电气柜中的电气线路(诸如母线、电缆)和电气部件(诸如电容器、电抗器)的电压通常为110V至690V的交流电压以及24V的直流电压。当在配电系统的电气柜中布置温度传感器时，具有800V击穿电压的功率开关器件使得温度传感器的供电电路110可以连接到电气柜中的各种电气线路或电气部件，以从具有各种电压等级和电压类型的这些电气线路或电气部件获取电力。由此，被布置在例如电气柜中的温度传感器可以连接到附近的电气线路或电气部件以获取功率，而不再需要借助于长线缆来连接到远离测温位置的专用电源。

根据本公开的实施例，供电电路110可以包括控制单元116，控制单元116可以耦合到功率单元115的至少一个功率开关，并且控制单元116可以被配置为控制该至少一个功率开关的接通和关断以将第一直流电压转换为第二直流电压。例如，控制单元116可以包括微控制器、微处理器或任何其他合适的控制处理单元。作为示例，控制控制单元116例如可以耦合到功率开关的控制端以控制功率开关的接通和关断。例如，如果输入电压较高，则控制单元116可以控制功率开关以缩短接通的时间和延长关断的时间，并且如果输入电压较低，则控制单元116可以控制功率开关以延长接通的时间和缩短关断的时间，从而针对不同的电源电压获得基本上恒定的第二直流电压。

在本公开的某些实施例中，供电电路110可以还包括检测单元117，检测单元117被配置为对功率单元115输出的电压进行检测，并且向控制单元116提供电压检测信号。作为示例，检测单元117可以是电压传感器，或者可以任何其他合适的电压检测电路。由此，检测单元117可以将输出的电压反馈给控制单元116，从而实现对输出电压的闭环控制。

在本公开的某些实施例中，控制单元116基于电压检测信号将脉冲宽度调制PWM信号发送到至少一个功率开关。控制单元116可以借助于PWM信号来精确控制功率开关的接通和关断，并且还可以减低谐波畸变以及提高转换效率。

在本公开的某些实施例中，供电电路110还包括保护单元113，保护单元113被耦合在整流单元112与功率单元115之间，保护单元113被配置为向功率单元115提供过电压保护和过电流保护中的至少一种。作为示例，保护单元例如可以包括熔断器、压敏电阻和半导体放电管，以抑制或防止电路中的过电压或过电流对功率单元115的冲击。

在本公开的某些实施例中，供电电路110可以还包括电磁兼容EMC单元114，电磁兼容EMC单元114可以被耦合在整流单元112与功率单元115之间。例如，温度传感器通常都处于较为复杂的电磁环境(诸如电气柜)，为了防止外部的电磁干扰影响温度传感器中的电路的工作，并且也为了避免温度传感器影响外部的电子设备的工作，提供了EMC单元以建立针对电磁干扰的屏蔽。

图2示出了根据本公开的实施例的温度传感器的电路系统100。如图2所示，电路系统100可以包括测温电路120，测温电路120可以被配置为接收和处理来自测温探头200的感测信号，并提供指示温度的信息。作为示例，测温电路120可以包括信号输入端，该信号输入端可以耦合到测温探头200以接收测温信号，测温探头200可以包括任何适当类型的感测温度的元件，诸如热电偶、热电阻或热敏电阻。如图2所示，测温电路120还可以包括测温电路主体，该测温电路主体例如可以包括用于测温信号处理的电路，其包括但不限于单片机、微控制器、算术逻辑单元(ALU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)以及现场可编程门阵列(FPGA)等。

根据本公开的实施例，电路系统100可以包括通信电路130，通信电路130可以耦合到测温电路120，并且被配置为以无线的方式向外部发送测温电路120提供的温度信息。作为示例，通信电路130可以包括射频集成电路，并且能够利用诸如Zigbee的无线通信技术来与外部通信。例如，电气柜内可以设置网关，由此，电气柜内的多个温度传感器可以以无线的方式与该网关进行通信，以将各个测温位置的温度信息发送到网关，并由网关集中转发到其他设备以用于保护或显示。与有线通信相比，无线通信可以节省大量的通信线缆，从而简化了温度传感器的安装。

在本公开的某些实施例中，通信电路130可以包括以下各项中的至少一项：内置天线，被配置为进行无线通信；以及天线接口，被配置为耦合到位于温度传感器外部的外置天线。如前文所述，通信电路130可以以无线的方式将温度信息发送到外部。温度传感器的通信电路130可以使用内置天线(例如PCB天线)而与外部设备进行无线通信。此外，在一些情况下，温度传感器可能处于或邻近较为复杂的电磁环境。通过提供天线接口，温度传感器还可以借助于远离复杂电磁环境的外置天线来进行无线通信。由此，温度传感器可以以无线的方式与外部设备进行通信，从而减少了布线。另外，用于外置天线的天线接口进一步增加了通信的可靠性。

根据本公开的实施例，电路系统100可以包括供电电路110，供电电路110将第二直流电压提供到测温电路120和通信电路130，以便为测温电路120和通信电路130提供功率。供电电路110可以为测温电路120和通信电路130提供稳定的电源，并且借助于供电电路110，本公开的温度传感器可以接收宽范围的交流电压、以及直流电压，从而扩展了温度传感器的应用范围，并且可以减少针对电源的布线。

根据本公开的实施例，还提供了一种新型的温度传感器，该温度传感器可以包括电路系统100以及至少一个测温探头200。作为示例，该温度传感器可以包括一个或多个测温探头200，并且电路系统100可以包括与一个或多个测温探头200相对应的信号输入端，以接收来自一个或多个测温探头的一个或多个测温信号。由此，该温度传感器可以对一个或多个位置进行温度感测。例如，当在电气柜中布置温度传感器时，针对相邻的多个母线或多个电容器，可以布置少量的温度传感器来测量所有母线或所有电容器的温度状态。此外，如前文所述，电路系统110包括供电电路110，由此可以在温度传感器附近的电气线路或电气部件(例如母线或电容器)上取电，从而减少了用于连接到电源的供电线路。通过这种新型的温度传感器，可以有利地减少温度传感器的数量以及布线，从而降低了测温成本并提高了测温可靠性。

在本公开的实施例中，提供了温度传感器的供电电路、电路系统以及相应的温度传感器。该供电电路可以耦合到直流电源和交流电源，并且可以接收宽范围的输入电压来为温度传感器的电子电路供电。具有这种供电电路的温度传感器可以利用附近的可用电源(诸如电气线路或电气部件)来为自己供电，而不需要从较远处的专用电源供电。由此，可以减少温度传感器的布线和安装的复杂性、降低了温度测量的成本、并提高了温度传感器的可靠性。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。

Claims (10)

1.一种温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述供电电路(110)包括：

输入端(111)，被配置为耦合到直流电源(300)或交流电源(400)；

整流单元(112)，耦合到所述输入端(111)，并且被配置为将来自所述输入端(111)的电压转换为第一直流电压；

功率单元(115)，被配置为接收来自所述整流单元(112)的所述第一直流电压并输出第二直流电压，所述功率单元(115)包括至少一个功率开关；以及

控制单元(116)，耦合到所述至少一个功率开关，并且被配置为控制所述至少一个功率开关的接通和关断以将所述第一直流电压转换为所述第二直流电压。

2.根据权利要求1所述的温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述整流单元(112)包括全桥整流器，所述全桥整流器被配置为能够将来自所述输入端(111)的交流电压和正反接的直流电压转换为所述第一直流电压。

3.根据权利要求1所述的温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述功率单元(115)的所述至少一个功率开关是击穿电压超过800V的功率开关。

4.根据权利要求1所述的温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述供电电路(110)还包括：

检测单元(117)，被配置为对所述功率单元(115)输出的电压进行检测，并且向所述控制单元(116)提供电压检测信号。

5.根据权利要求4所述的温度传感器的供电电路，其特征在于，所述控制单元(116)基于所述电压检测信号将脉冲宽度调制PWM信号发送到所述至少一个功率开关。

6.根据权利要求1所述的温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述供电电路(110)还包括：

保护单元(113)，被耦合在所述整流单元(112)与所述功率单元(115)之间，所述保护单元(113)被配置为向所述功率单元(115)提供过电压保护和过电流保护中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的温度传感器的供电电路(110)，其特征在于，所述供电电路(110)还包括：

电磁兼容EMC单元(114)，被耦合在所述整流单元(112)与所述功率单元(115)之间。

8.一种温度传感器的电路系统(100)，其特征在于，包括：

测温电路(120)，被配置为接收和处理来自测温探头(200)的感测信号，并提供指示温度的信息；

通信电路(130)，耦合到所述测温电路(120)，并且被配置为以无线的方式向外部发送所述测温电路(120)提供的所述信息；以及

根据权利要求1至7中的任一项所述的温度传感器的供电电路(110)，所述供电电路(110)将所述第二直流电压提供到所述测温电路(120)和所述通信电路(130)，以便为所述测温电路(120)和所述通信电路(130)提供功率。

9.根据权利要求8所述的温度传感器的电路系统(100)，其特征在于，所述通信电路(130)包括以下各项中的至少一项：

内置天线，被配置为进行无线通信；以及

天线接口，被配置为耦合到位于所述温度传感器外部的外置天线。

10.一种温度传感器，包括至少一个测温探头(200)以及根据权利要求8或9所述的电路系统(100)。

Images