CN100486072C - 实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路 - Google Patents

Abstract

实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路，涉及开关电源领域，本发明包括温度检测电路、过温保护电路和限流电路，所述的温度检测电路在开关电源内部的温度超过一定值时，发出信号给限流电路，降低限流电路的给定限流值，使开关电源的输出功率减少，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；当开关电源内部的温度低于一定值时，温度检测电路发出信号给限流电路，增加开关电源的输出功率，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；当调节限流点的变化所减少的输出功率仍然不能使开关电源温度和环境达到热平衡时，温度检测电路发出信号给过温保护电路，开关电源发出关机信号。本发明实现了开关电源输出电流的连续可调；提高了供电系统的可靠性，降低成本。

Description

实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及开关电源的保护。

背景技术

目前在开关电源中，其输出限流点的给定值是固定的，不随环境温度的变化而改变，如果开关电源工作的环境温度较高，输出负载又较大，即使输出功率没有达到开关电源的最大输出功率，开关电源内部的温度也会很快升高，当温度超过整流器允许的最高工作温度时，开关电源就会自身保护，停止向用电设备供电，造成用电设备不能工作，直到整流器内部温度降到整流器允许的温度，整流器又会重新工作，继续用电设备供电，如果环境温度没有降低，负载也没有减小，开关电源在工作一段时间后又会由于温度过高而停止向用电设备供电，用电设备又会停止工作。目前还没有很好的解决这个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是开关电源的输出电流限流点的不可调节，解决开关电源会由于工作环境温度过高或输出负载较大自身温度保护的缺陷。

本发明利用负温度系数热敏电阻的特性——其电阻值随工作环境温度的升高而减小，把热敏电阻的电阻值作为工作环境温度的反馈变量，根据反馈变量的不同来改变限流点的给定值，控制开关电源的输出功率，以达到使开关电源在不同的工作环境中，在开关电源能够允许的工作温度条件下，尽可能地输出最大功率而不至于温度保护。另外，还可以利用温度的反馈变量，在开关电源工作环境温度过高情况下，实现开关电源自身的温度保护。

本发明包括温度检测电路、过温保护电路和限流电路，其中温度检测电路监控开关电源内部的温度，当开关电源内部的温度超过一定值时，温度检测电路会发出信号给限流电路，把限流电路的给定限流值降低，使开关电源的输出功率减少，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；反之，当开关电源内部的温度低于一定值时，温度检测电路也会发出信号给限流电路，使开关电源的输出功率增加，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；如果靠调节限流点的变化来减少输出功率仍然不能使开关电源温度和环境达到热平衡时，温度检测电路会发出信号给过温保护电路，开关电源的发出关机信号；其中，所述温度检测电路包括有热敏电阻，所述热敏电阻随温度连续变化阻值。

可见采用本发明的技术方案，当开关电源温度升高到一定程度时限流点给定值会被拉低，使开关电源输出功率减少，如果温度继续升高，限流点给定值会被继续降低，输出功率继续减少，直到开关电源和外界环境达到热平衡；反之，当开关电源温度降低时，限流点给定值会被升高，增大输出功率。保证了开关电源允许的温度条件下，给所有负载供电，如果不能保证所有负载的供电，减少输出功率，保证主要设备的供电。当环境温度过高的情况下，靠调节限流点的变化来减少输出功率仍然不能使开关电源温度下降时，也可利用热敏电阻的反馈值实现开关电源的自身过温保护。与现有技术相比取得了较大的进步，达到了保证主要用电设备正常工作的效果，利用热敏电阻进行温度保护，同利用温度开关相比，节省了成本，同时提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2(a)、(b)是实现图1中的温度检测电路的两种形式。

图3是较为精确实现图1中的温度检测电路功能的电路。

图4是较为精确实现图1中的温度检测电路功能的另一种电路。

图5是实现本发明的具体电路图。

具体实施方式

图1在技术方案中已作了详细描述。

图2(a)是实现图1中的温度检测电路的一种形式：由热敏电阻RT1与一个电阻R1组成串联支路，其连接点的电压VT1由下式决定：

$\mathrm{VT}1=\frac{\mathrm{RT}1}{\mathrm{RT}1+R1}\mathrm{VCC}---\left(1\right)$

其中，VCC是一个电压基准；

图2(b)是实现图1中的温度检测电路的另一种形式：由热敏电阻RT2与一个电阻R2组成串联支路，其连接点的电压VT2由下式决定：

$\mathrm{VT}2=\frac{R2}{\mathrm{RT}2+R2}\mathrm{VCC}---\left(2\right)$

其中，VCC是一个电压基准；

由公式(1)和(2)可以看出：

由于温度变化时热敏电阻的电阻值发生变化，则VT1、VT2的电压值就会变化，因此，VT1、VT2相应的监控信号T1或T2的电压值就会实现温度检测。这两种电路使用于对温度检测要求不高的场合。图2(a)、(b)这两种形式的不同点是：对于同一种特性(正温度系数或负温度系数)的热敏电阻，随温度的变化，电压信号VT1、VT2的值变化趋势相反。

图3能够较为精确地实现的图1的温度检测电路功能：

三端稳压器D5的阳极端接地，参考端通过第一电阻R47接地，参考端依次经过第二电阻R28、热敏电阻RT1接三端稳压器D5的阴极端，阴极端经过第三电阻R51接辅助电源VR。

热敏电阻RT1与第三电阻R51的节点电压为：

$\mathrm{VT}=2.5X\frac{R47+R28+\mathrm{RT}1}{R47}---\left(3\right)$

当工作环境温度变化时，热敏电阻RT1的电阻值会变化，则电压VT的值会变化。因此，检测电压VT就可以得知环境温度。

图4是另一种实现温度检测的电路形式，和图3不同的是，热敏电阻RT1和第一电阻R47互换了位置，其工作原理和图3的电路相同。

图5是本发明的具体实现电路，包括限流电路、温度检测电路和温度保护电路；限流电路、温度检测电路通过第一三极管VT7连接，第一三极管VT7的集电极接地，基极接温度检测电路的输出信号，发射极接限流电路；正常状态下，如果开关电源的温度没有达到开关电源的输出功率降额温度，第一三极管VT7不工作，两部分电路独立工作；当开关电源的温度达到了开关电源的降额温度，两部分电路通过第一三极管VT7相互作用，每一部分电路的工作原理如下：

限流电路的工作原理：

D10是三端稳压器，其阴极端和参考端短接，该接点通过上拉电阻R86接到辅助电源VCC上，通过电阻R80接到误差放大器D9B的正向输入端，作为开关电源限点的给定值；IO是开关电源输出电流的采样信号，通过电阻R57接到误差放大器D9B的反向输入端，由电阻R66和电容C48组成的串联支路，跨接在误差放大器D9B的反向输入端和输出端之间，二极管VD33起隔离作用，其阳极输出信号CL，控制驱动脉冲的占空比；当电流采样信号IO小于限流值的给定值时，误差放大器D9B输出高电平，二极管VD33不导通，限流环不起作用；当电流采样信号IO大于限流值的给定值时，误差放大器D9B输出被拉低，二极管VD33导通，限流环起作用。

温度检测电路和温度保护电路的原理如下：

三端稳压器D5的阳极端接地，参考端通过第一电阻R47接地，参考端依次经过第二电阻R28、热敏电阻RT1接三端稳压器D5的阴极端，阴极端经过第三电阻R51接辅助电源VCC；第二电阻R28与热敏电阻RT1的接点接第二三极管VT4的基极，第四电阻R27跨接在三端稳压器D5的阴极端和第二三极管VT4的发射极之间，第二三极管VT4的集电极经过第五电阻R46接地，第一三极管VT7的基极接第二三极管VT4的集电极，其接点通过电阻R93接温度比较器D9A的反向输入端，VR2为开关电源最高工作温度给定值，通过电阻R56接到温度比较器D9A的正向输入端，电阻R79是一个正反馈电阻，跨接在温度比较器D9A的输出端和其正向输入端，其目的是形成一个温度回差，温度比较器D9A的输出端接起隔离作用的二极管VD38的阳极。

常温下，热敏电阻RT1的电阻值为一个固定值，温度检测电路的输出信号，即第五电阻R46两端的电压。当检测信号大于最高温度给定值VR2，温度比较器D9A输出低电平，过温保护电路不起作用；当工作环境温度升高时，热敏电阻RT1的电阻值会变小，温度检测电路的输出信号会降低，第二三极管VT4集电极的电位会降低，当第二三极管VT4集电极的电位低于最高温度给定值VR2，温度比较器D9A输出高电平，二极管VD38导通，输出高电平关机信号。

整个系统的工作过程如下：

当开关电源温度升高时，热敏电阻RT1的电阻值会降低，第二三极管VT4的发射极电位会降低，当第二三极管VT4集电极电位低于三端稳压器D10的参考端电压0.7V时，三极管VT7开始导通，三端稳压器D10的限流点给定电压基准降低，如果开关电源的负载仍小于限流给定电压基准，开关电源的温度会进一步升高，热敏电阻RT1的电阻值会进一步降低，第二三极管VT4的集电极电位会继续降低，三端稳压器D5的限流给定电压基准会进一步降低，直到小于负载电流，误差放大器D9B输出电平降低，二极管VD33导通，驱动脉冲的占空比减小，输出电压降低，开关电源输出功率降低，开关电源温度降低；反之，当开关电源温度降低时，热敏电阻RT1的电阻值会升高，第二三极管VT4的集电极电位会升高，误差放大器D9B输出电平升高，驱动脉冲的占空比增大，输出电压升高，开关电源输出功率升高，开关电源温度上升，如果温度还进一步降低，热敏电阻RT1的电阻值会进一步升高，第二三极管VT4的集电极电位会继续升高，三端稳压器D5的限流给定电压基准会进一步升高，直到开关电源的温度和外界达到热平衡。

如果靠限流点降低仍不能使开关电源温度降低，当温度超过温度保护给定值VR2，温度比较器输出高电平关机信号，开关电源不工作。

由以上可以看出，本电路实现了开关电源输出电流的连续可调；并且能够根据开关电源工作环境的温度保护自我调节输出功率，在恶劣工作条件下，能够保证主要用电设备的正常。如果开关电源的输出和电池并联试用，大大提高了供电系统的可靠性。同时由于利用热敏电阻实现开关电源的自身温度保护，大大降低了成本。

Claims (4)

1、实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路，包括温度检测电路、过温保护电路和限流电路，所述的温度检测电路在开关电源内部的温度超过一定值时，发出信号给限流电路，降低限流电路的给定限流值，使开关电源的输出功率减少，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；当开关电源内部的温度低于一定值时，温度检测电路发出信号给限流电路，增加开关电源的输出功率，直到开关电源内部的温度和环境温度达到热平衡；当调节限流点的变化所减少的输出功率仍然不能使开关电源温度和环境达到热平衡时，温度检测电路发出信号给过温保护电路，开关电源发出关机信号；其中，所述温度检测电路包括有热敏电阻，所述热敏电阻随温度连续变化阻值。

2、根据权利要求1所述的实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路，其特征在于所述的温度检测电路是由热敏电阻(RT1)与一个电阻(R1)串联而成。

3、根据权利要求1所述的实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路，其特征在于所述的温度检测电路如下：三端稳压器(D5)的阳极端接地，参考端通过第一电阻(R47)接地，参考端依次经过第二电阻(R28)、热敏电阻(RT1)接三端稳压器(D5)的阴极端，阴极端经过第三电阻(R51)接辅助电源(VR)。

4、根据权利要求1所述的实现开关电源限流点连续调节及温度保护的电路，其特征在于所述的温度检测电路如下：三端稳压器(D5)的阳极端接地，参考端通过热敏电阻(RT1)接地，参考端依次经过第二电阻(R28)、第一电阻(R47)接三端稳压器(D5)的阴极端，阴极端经过第三电阻(R51)接辅助电源(VR)。

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