CN102244375B - 一种通信电子系统的低温保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种通信电子系统的低温保护装置，连接在为通信电子系统提供的电源电路中，其输入端、输出端以及接地端分别相应地与该电源电路的输入端、输出端及地端连接。该装置包括依次连接的：温度采样电路，对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路；放大电路，对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟信号输出给功率开关电路；功率开关电路，根据输入的模拟信号控制电源电路的输出端接通或关断电源。本发明可使通信电子系统在环境温度降至阈值之下后自动关闭电源，在环境温度升至阈值之上后自行恢复正常。

Description

一种通信电子系统的低温保护装置

技术领域

本发明涉及通信领域中电子电路可靠性设计，尤其涉及通信电子系统的低温保护装置。

背景技术

通信系统，特别是像基站和远端射频单元(RRU，Remote Radio Unit)这种需要长期连续工作的系统，在其长期连续的工作中，环境温度可能会变化巨大。过高或过低的环境温度均会导致这类通信系统工作异常。并且，很多系统因此导致的工作异常，在环境温度恢复正常后仍然无法正常启动工作。这主要是由于系统在过低的环境温度下工作时，没有及时关闭或者进入了保护状态而导致的。

对于因过低的环境温度而导致的系统工作异常，很多人认为没有必要进行低温保护设计，因为过低的环境温度会使系统瘫痪而自动停止工作。而在很多情况下，通信系统的单板或者机框在经历过低温运行后进入瘫痪，当环境温度升到正常温度之后，这些单板或机框往往却仍启动不了或者运行异常。这是因为一般情况下，单板上所应用的很多芯片所能承受的最低结温是不同的。在环境温度降低到一定程度后，一部分芯片器件还能够正常工作，而另一部分芯片已经因为过低的器件结温而工作异常，如果此部分工作异常的芯片的管脚是通过内部的保护电路实现防止电流反灌的，则会在其工作异常时，管脚的保护电路起不到防止电流反灌的保护作用，而另外一些工作正常的器件会持续对这些失去保护作用的管脚灌入电流，持续时间长了，这些最低结温较高的器件便会失去功效。如果器件的这种失效是不可恢复的，则在环境温度回到正常情况后，单板或者系统也就仍不能正常工作了。

所以，给通信电子系统增加低温保护装置是非常有必要的，如：对长期工作在温差较大环境下的单板、对温度变化敏感的单板以及对可靠性要求高的单板等，需增加低温保护装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通信电子系统的低温保护装置，能够保证电子系统在环境温度回到正常情况后恢复正常。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通信电子系统的低温保护装置，连接在为通信电子系统提供的电源电路中，该装置的输入端与该电源电路的输入端(VCCin)连接，该装置的输出端与该电源电路的输出端VCCout连接，该装置的接地端与该电源电路的地端(GND)连接。

进一步地，该装置包括依次连接的温度采样电路、放大电路以及功率开关电路；其中：

温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路；

放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟信号输出给功率开关电路；

功率开关电路，用于根据输入的模拟信号控制电源电路的输出端接通或关断电源。

进一步地，该装置包括依次连接的温度采样电路、放大电路、数字化输出电路以及功率开关电路；其中：

温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路；

放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟电压信号输出给数字化输出电路；

数字化输出电路，用于将输入的模拟电压信号转化为数字信号输出给功率开关电路；

功率开关电路，用于根据输入的数字信号控制电源电路的输出端接通或关断电源。

进一步地，该装置共采用八个MOSFET器件，所述MOSFET器件均简称为管；

温变采样电路采用第六管和第一电阻、第二电阻、第三电阻组成，其中，第二电阻、第三电阻串接在所述电源电路的输入端(VCCin)和地端之间，第二电阻、第三电阻连接的中点与第六管的栅极连接，第六管的源极接地端，第六管的漏极作为所述温变采样电路的输出端通过第一电阻连接到VCCin；

放大电路采用第一管至第五管组成差分放大电路，其中：第五管的栅极与第六管的栅极连接，第五管的漏极与第一管、第二管两个管的源极连接，第五管的源极接地端；第一管的栅极与第六管的漏极连接，第二管的栅极接地端，第一管和第二管各自的漏极分别相应地与第三管和第四管各自的源极连接，第三管和第四管各自的栅极分别与各自的漏极连接接到VCCin；相互连接的第二管的漏极和第四管的源极构成差分输出端；

数字化输出电路采用第七管和第四电阻组成反相器，其中：第七管的栅极连接差分输出端，第七管的漏极作为数字信号的输出端引到功率开关电路，并通过第四电阻连接VCCin；

功率开关电路由第八管作为反相驱动器完成功率开关功能，其中：第八管的栅极与数字信号的输出端连接，第八管的漏极连接VCCin，第八管的源极作为低温保护装置的输出端控制通信电子系统的入口电源(VCCout)的导通与关断。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有如前所述的低温保护装置的通信电子系统，其中，该低温保护装置的输入端与通信电子系统的电源电路的输入端(VCCin)连接，该低温保护装置的输出端与该电源电路的输出端VCCout连接，该低温保护装置的接地端与该电源电路的地端(GND)连接。

进一步地，低温保护装置包括依次连接的温度采样电路、放大电路以及功率开关电路；其中：

温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路；

放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟信号输出给功率开关电路；

功率开关电路，用于根据输入的模拟信号控制电源电路的输出端接通或关断电源。

进一步地，低温保护装置包括依次连接的温度采样电路、放大电路、数字化输出电路以及功率开关电路；其中：

温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路；

放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟电压信号输出给数字化输出电路；

数字化输出电路，用于将输入的模拟电压信号转化为数字信号输出给功率开关电路；

功率开关电路，用于根据输入的数字信号控制电源电路的输出端接通或关断电源。

进一步地，在低温保护装置中共采用八个MOSFET器件，所述MOSFET器件均简称为管；

温变采样电路采用第六管和第一电阻、第二电阻、第三电阻组成，其中，第二电阻、第三电阻串接在所述电源电路的输入端(VCCin)和地端之间，第二电阻、第三电阻连接的中点与第六管的栅极连接，第六管的源极接地端，第六管的漏极作为温变采样电路的输出端通过第一电阻连接到VCCin；

放大电路采用第一管至第五管组成差分放大电路，其中：第五管的栅极与第六管的栅极连接，第五管的漏极与第一管、第二管两个管的源极连接，第五管的源极接地端；第一管的栅极与第六管的漏极连接，第二管的栅极接地端，第一管和第二管各自的漏极分别相应地与第三管和第四管各自的源极连接，第三管和第四管各自的栅极分别与各自的漏极连接接到VCCin；相互连接的第二管的漏极和第四管的源极构成差分输出端；

数字化输出电路采用第七管和第四电阻组成反相器，其中：第七管的栅极连接差分输出端，第七管的漏极作为数字信号的输出端引到功率开关电路，并通过第四电阻连接VCCin；

功率开关电路由第八管作为反相驱动器完成功率开关功能，其中：第八管的栅极与数字信号的输出端连接，第八管的漏极连接VCCin，第八管的源极作为低温保护装置的输出端控制通信电子系统的入口电源(VCCout)的导通与关断。

本发明的低温保护装置可以使得通信电子系统在环境温度降低至低温阈值后自动关闭电源供电，以避免电子系统继续在低温下运行产生不可逆损伤，从而起到对电子系统的保护作用。特别是电子系统在该低温保护装置的保护下具有自动恢复功能，当环境温度升高到高于低温阈值后，系统可以自行恢复供电并启动及正常工作。

同时，由于低温保护装置中采用了差分放大电路，故可以抑制共模噪声导致的电路误动作，并可有效地抑止温度漂移对整个保护装置的性能影响。而且，由于该低温保护装置采用数字输出，避免了模拟信号输出易产生逻辑混乱而致使电路工作不稳定的问题。整个保护装置的功耗很低，基本不影响电子系统主电路的功耗。

附图说明

图1是带有本发明的低温保护装置的通信电子系统实施例的结构框图；

图2是本发明的低温保护装置一实施例的电路原理框图；

图3是本发明的低温保护装置另一实施例的电路原理框图；

图4是图3所示的低温保护装置实施例具体实施的电路图；

图5是环境温度变化导致的本发明的低温保护装置中MOSFET器件阈值电压漂移而对输出影响的波形图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下例举的实施例仅仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

如图1所示，本发明针对通信电子系统模块(单板或者机框)低温工作失效而设计了低温保护装置。该低温保护装置配置安装在为通信电子系统模块提供的电源电路中，其输入端(IN)与该电源电路的输入端VCCin连接，其输出端(OUT)与该电源电路的输出端VCCout连接，其接地端与该电源电路的地端(GND)连接。

如图2所示，表示出上述低温保护装置一实施例的电路结构，包括依次连接的温度采样电路10、放大电路20、功率开关电路30；其中：

温变采样电路10，用于对通信电子系统模块工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给放大电路20；

放大电路20，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟信号输出给功率开关电路30；

放大电路20放大、整形处理后的模拟信号可以仍是电压信号，也可以是电流信号。

功率开关电路30，用于根据输入的模拟信号控制通信电子系统模块的电源电路的输出端接通或关断。

上述实施例通过温变采样电路10对通信电子系统模块进行环境温度采样，当环境温度在预设的低温阈值上时输出的电压信号经放大，由此控制通信电子系统模块的电源电路的输出端接通电源；而当环境温度下降至预设的低温阈值时输出的电压信号经放大和整形，足以控制通信电子系统模块的电源电路的输出端关断电源。

如图3所示，是本发明提供的低温保护装置另一实施例的电路结构，包括依次连接的温度采样电路110、放大电路120、数字化输出电路130以及功率开关电路140；其中：

温度采样电路110与图2所示的实施例中的温度采样电路10的功能一致，故不再赘述；

放大电路120，用于对输入的电压信号进行放大处理，并抑止电路的温度漂移，将放大的电压信号输出给数字化输出电路130；

数字化输出电路130，用于将输入的电压信号转化为数字信号输出给功率开关电路140；

功率开关电路140，用于根据输入的数字信号控制通信电子系统模块的电源电路的输出端接通或关断。

上述实施例通过温变采样电路110对通信电子系统模块进行环境温度采样，当环境温度在预设的低温阈值上时输出的电压信号经放大，使数字化输出电路130输出一数字信号，譬如高电平或正脉冲信号，由此控制通信电子系统模块的电源电路的输出端接通电源；而当环境温度下降至预设的低温阈值时输出的电压信号经放大，足以使数字化输出电路130输出一翻转的数字信号，譬如低电平或负脉冲信号，由此控制通信电子系统模块的电源电路的输出端关断电源。

上述低温保护装置实施例能够抑止电路的温度漂移对整个保护装置的性能影响，并且由于采用数字输出，避免了模拟信号输出易产生逻辑混乱而致使电路工作不稳定的问题。

图3所示的低温保护装置实施例的具体实施的电路如图4所示，上面所有的三极管均为MOSFET器件(简称管)，其中：

温变采样电路110，采用管M6和外围电阻元件R1、Ra、Rb组成，其中，电阻Ra、Rb串接在电源输入端(VCCin)和地端(GND)之间，电阻Ra、Rb连接的中点与管M6的栅极连接，管M6的源极接地端(GND)，管M6的漏极作为温变采样电路110的输出端NET1通过电阻R1连接到电源输入端(VCCin)。

由于管M6的栅极阈值电压会随着环境温度的变低而升高，而实际的栅极电压不会随着环境温度变化；因此，当环境温度降低到一定程度后，由于管M6的栅极阈值电压高于其栅极电压而使其关断。

放大电路120，采用管M1、M2、M3、M4、M5组成差分放大电路，其中：管M5的栅极与管M6的栅极连接，管M5的漏极与M1、M2两个管的源极连接，管5的源极接地；管M1的栅极与管M6的漏极(输出端NET1)连接，管M2的栅极接地，管M1和管M2各自的漏极分别相应地与管M3和管M4各自的源极连接，管M3和管M4各自的栅极分别与各自的漏极连接接入VCCin；相互连接的管M2的漏极和管M4的源极构成差分输出端NET2。

数字化输出电路130，采用管M7和电阻R2组成反相器，其中：管M7的栅极连接差分输出端NET2，管M7的漏极作为数字信号的输出端引到功率开关电路，并通过电阻R2连接VCCin。

功率开关电路140，由管M8作为反相驱动器完成功率开关的功能，其中：管M8的栅极与数字信号的输出端连接，管M8的漏极连接VCCin，管M8的源极作为低温保护装置的输出端OUT，控制通信电子系统模块的入口电源VCCout的导通与关断。

本发明在通信电子系统模块的环境温度降低过程中，对MOSFET器件M6的栅极阈值电压随温度变化产生的漂移而导致的低温保护装置输出变化进行了仿真，其中：

仿真条件：环境温度变化导致的MOSFET器件M6的栅极阈值电压变化范围为2.5V～3.2V，电源Vcc设置为5V。

仿真结果如图5所示，V_NET1、V_NET2以及V_OUT分别为图4所示的低温保护装置中的温变采样电路110的输出端电压、放大电路120的差分输出电压以及功率开关电路140的输出电压。从图5中可以看出，随着环境温度的降低，导致MOSFET器件的栅极阈值电压升高的过程中，在该栅极阈值电压没有达到2.8V之前，OUT输出端的V_OUT(带三角的电压波形曲线)一直为高，说明通信电子系统模块(单板)的供电正常；当栅极阈值电压随着温度的降低升高到2.8V后，OUT输出端的输出电压V_OUT跳变为0，从而关闭对通信电子系统模块的供电，起到保护通信电子系统模块的作用。

通过上述具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而具体实施方式及所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (2)

1.一种通信电子系统的低温保护装置，连接在为通信电子系统提供的电源电路中，所述装置的输入端与该电源电路的输入端（VCCin）连接，所述装置的输出端与该电源电路的输出端VCCout连接，所述装置的接地端与该电源电路的地端（GND）连接；

其特征在于，包括依次连接的温变采样电路、放大电路、数字化输出电路以及功率开关电路；其中：

所述温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给所述放大电路；

所述放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟电压信号输出给所述数字化输出电路；

所述数字化输出电路，用于将输入的所述模拟电压信号转化为数字信号输出给所述功率开关电路；

所述功率开关电路，用于根据输入的数字信号控制所述电源电路的输出端接通或关断电源；

其中，所述装置共采用八个MOSFET器件，所述MOSFET器件均简称为管；

所述温变采样电路采用第六管和第一电阻、第二电阻、第三电阻组成，其中，第二电阻、第三电阻串接在所述电源电路的输入端VCCin和地端之间，第二电阻、第三电阻连接的中点与第六管的栅极连接，第六管的源极接地端，第六管的漏极作为所述温变采样电路的输出端通过第一电阻连接到所述VCCin；

所述放大电路采用第一管至第五管组成差分放大电路，其中：第五管的栅极与第六管的栅极连接，第五管的漏极与第一管、第二管两个管的源极连接，第五管的源极接地端；第一管的栅极与第六管的漏极连接，第二管的栅极接地端，第一管和第二管各自的漏极分别相应地与第三管和第四管各自的源极连接，第三管和第四管各自的栅极分别与各自的漏极连接接到所述VCCin；相互连接的第二管的漏极和第四管的源极构成差分输出端；

所述数字化输出电路采用第七管和第四电阻组成反相器，其中：第七管的栅极连接所述差分输出端，第七管的漏极作为数字信号的输出端引到所述功率开关电路，并通过所述第四电阻连接所述VCCin；

所述功率开关电路由第八管作为反相驱动器完成功率开关功能，其中：第八管的栅极与所述数字信号的输出端连接，第八管的漏极连接所述VCCin，第八管的源极作为低温保护装置的输出端控制通信电子系统的电源电路的输出端（VCCout）的导通与关断。

2.一种带有如权利要求1所述的低温保护装置的通信电子系统，其特征在于，所述低温保护装置的输入端与所述通信电子系统的电源电路的输入端（VCCin）连接，所述低温保护装置的输出端与该电源电路的输出端VCCout连接，所述低温保护装置的接地端与该电源电路的地端（GND）连接；

所述低温保护装置包括依次连接的温变采样电路、放大电路、数字化输出电路以及功率开关电路；其中：

所述温变采样电路，用于对通信电子系统工作的环境温度进行采样，并将采样的温度信号转换成电压信号输出给所述放大电路；

所述放大电路，用于对输入的电压信号进行放大处理，并将处理后的模拟电压信号输出给所述数字化输出电路；

所述数字化输出电路，用于将输入的所述模拟电压信号转化为数字信号输出给所述功率开关电路；

所述功率开关电路，用于根据输入的数字信号控制所述电源电路的输出端接通或关断电源；

其中，在所述低温保护装置中共采用八个MOSFET器件，所述MOSFET器件均简称为管；

所述温变采样电路采用第六管和第一电阻、第二电阻、第三电阻组成，其中，第二电阻、第三电阻串接在所述电源电路的输入端VCCin和地端之间，第二电阻、第三电阻连接的中点与第六管的栅极连接，第六管的源极接地端，第六管的漏极作为所述温变采样电路的输出端通过第一电阻连接到所述VCCin；

所述放大电路采用第一管至第五管组成差分放大电路，其中：第五管的栅极与第六管的栅极连接，第五管的漏极与第一管、第二管两个管的源极连接，第五管的源极接地端；第一管的栅极与第六管的漏极连接，第二管的栅极接地端，第一管和第二管各自的漏极分别相应地与第三管和第四管各自的源极连接，第三管和第四管各自的栅极分别与各自的漏极连接接到所述VCCin；相互连接的第二管的漏极和第四管的源极构成差分输出端；

所述数字化输出电路采用第七管和第四电阻组成反相器，其中：第七管的栅极连接所述差分输出端，第七管的漏极作为数字信号的输出端引到所述功率开关电路，并通过所述第四电阻连接所述VCCin；

所述功率开关电路由第八管作为反相驱动器完成功率开关功能，其中：第八管的栅极与所述数字信号的输出端连接，第八管的漏极连接所述VCCin，第八管的源极作为低温保护装置的输出端控制通信电子系统的电源电路的输出端（VCCout）的导通与关断。