CN103698027B - 一种温度指示电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度指示电路及电子产品，包括供电电源、稳压电路、LED和热敏电阻；所述供电电源通过稳压电路输出稳定的直流电压，输出至LED与热敏电阻的串联支路；在所述稳压电路中设置有一NPN型三极管，所述三极管的集电极通过第一电阻连接供电电源，基极通过第二电阻连接供电电源，发射极通过第三电阻接地；通过所述三极管的集电极输出所述的直流电压。本发明的温度指示电路，电路结构简单、成本低廉，通过在温度指示电路中增设稳压电路，可以保证LED的亮度变化不会因为供电电源的电压变化所导致，继而确保了温度指示的准确性。可广泛应用于各种需要发光指示功能的电子产品的电路设计中，以降低整机成本，提高产品品质。

Description

一种温度指示电路及电子产品

技术领域

本发明属于指示灯控制电路技术领域，具体地说，是涉及一种利用指示灯的亮度变化进行温度指示的电路结构设计以及采用这种温度指示电路设计的电子产品。

背景技术

对于目前的很多电子产品来说，温度参数是电子产品运行过程中需要实时监控的一个关键参数，因为它的变化可以从一个侧面反映出电子产品内部电路板的当前运行状况。当电子产品的运行温度过高时，很有可能是由于其内部电路板故障引起的。因此，利用温度变化来进行故障预警，已经成为目前很多电子产品在实现自我故障诊断功能时所经常采用的一种技术手段。

发光二级管LED是一种电致发光的半导体材料，它在电子产品中主要起到指示功能，也可以起到显示、照明的作用。由于LED相比其他发光器件，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量等显著优势，因此，在电子产品的指示电路设计中得到了越来越广泛的应用。

但是，目前采用LED设计的指示电路，往往都是通过控制LED点亮或者熄灭来实现电子产品工作状态的指示功能。如何利用LED的发光状态，实现对电子产品温度变化的准确指示，目前对于本领域技术人员来说仍处于探索、研发的试验阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用LED设计的温度指示电路及电子产品，通过改变LED的发光亮度来实现对电子产品温度变化的指示功能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种温度指示电路，包括供电电源、稳压电路、LED和热敏电阻；所述供电电源通过稳压电路输出稳定的直流电压，输出至LED与热敏电阻的串联支路；在所述稳压电路中设置有一NPN型三极管，所述三极管的集电极通过第一电阻连接供电电源，基极通过第二电阻连接供电电源，发射极通过第三电阻接地；所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值满足公式：

；

其中，R1、R2、R3分别为第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，β为三极管的交流电流放大系数，为常数；通过所述三极管的集电极输出所述的直流电压。

进一步的，所述LED与热敏电阻的串联支路包括多条，多条串联支路并联后，连接在稳压电路的直流电压输出端与地之间。

为了实现采用颜色变化指示产品温度变化的设计需求，所述串联支路包括两条，两条串联支路中的LED的发光颜色不同，且其中一条串联支路中的热敏电阻为正温度系数的热敏电阻，另一条串联支路中的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。通过增大颜色反差，以进一步提高指示电路对温度变化响应的灵敏度。

优选的，两个所述的热敏电阻在常温状态下阻值相等，优选在25℃时阻值相等，由此可以实现电子产品在其工作温度处于常温状态下，通过LED发出的混合光线刚好呈中性色彩，便于用户识别。

进一步的，在所述的两条串联支路中，两颗LED的压降相等。

为了保证即使热敏电阻的阻值为零时，也不会因为串联支路中的电流过大而导致发生LED过流损坏的问题，本发明优选在每一条所述的串联支路中分别串联限流电阻，以实现对串联支路中电流上升幅度的限制。

优选的，串联在各条所述串联支路中的限流电阻的阻值相等。

为了在系统温度发生异常时，能够对系统电路实施及时地保护，本发明在所述温度指示电路中还进一步设置有电压监测单元，连接所述的限流电阻，通过检测限流电阻两端的电压，判断系统电路的工作温度，并与预设阀值进行比较，进而根据温度变化对系统电源进行通断控制，即采用在系统温度异常时切断系统供电的方式，实现对系统电路的过热或者过冷保护。

进一步的，在所述系统电源的供电回路中连接有开关电路，所述开关电路接收电压监测单元输出的控制信号，对所述供电回路进行通断控制。

为实现本发明的前述发明目的，对于本发明所提出的电子产品，采用以下技术方案予以实现：

一种电子产品，设置有供电电源、稳压电路、LED和热敏电阻；所述供电电源通过稳压电路输出稳定的直流电压，输出至LED与热敏电阻的串联支路；在所述稳压电路中设置有一NPN型三极管，所述三极管的集电极通过第一电阻连接供电电源，基极通过第二电阻连接供电电源，发射极通过第三电阻接地；所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值满足公式：

；

其中，R1、R2、R3分别为第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，β为三极管的交流电流放大系数，为常数；通过所述三极管的集电极输出所述的直流电压。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的温度指示电路采用LED作为光源进行发光指示，功耗低、热量小、性能稳定，不仅可以达到指示效果，而且通过设置不同颜色的LED并配合不同温度系数的热敏电阻，进而可以通过控制不同LED的亮度明暗变化，生成不同颜色的指示光线指示温度的变化，由此可以在满足指示要求的同时，进一步提高显示效果和美观程度。另外，通过在温度指示电路中增设稳压电路，可以保证LED的亮度变化不会是因为供电电源的电压变化所导致的，继而确保了温度指示的准确性。本发明的温度指示电路，电路结构简单、成本低廉，可广泛应用于各种需要发光指示功能的电子产品的电路设计中，以降低整机成本，提高产品品质。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的温度指示电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是本发明所提出的温度指示电路的一个具体实施例的电路原理图；

图3是本发明所提出的温度指示电路的另外一个具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本发明的温度指示电路，利用发光二级管LED的发光亮度可以随着流过其电流的变化而改变的特性进行电路设计，通过控制流过LED的电流大小来改变LED的发光亮度，继而达到指示的目的。

考虑到LED的电流变化可能不仅仅是由于温度的变化引起的，当输出至LED的供电电源发生电压波动时，也会引发流过LED的电流发生改变，从而导致LED的发光亮度产生变化。因此，仅是通过感温元件来调节LED的电流变化，显然是无法保证指示功能的准确性的。

鉴于此，本发明在设计温度指示电路时，引入稳压电路的结构设计，参见图1所示，稳压电路与为LED供电的供电电源VCC连接，接收供电电源VCC输出的供电电压，并对所述供电电压进行稳压处理后，生成稳定的直流电压V1，输出至LED显示电路，从而保证了LED的亮度变化仅由系统电路的温度变化所引起，继而确保了LED指示的准确性。

下面通过一个具体的实施例，对本发明所提出的温度指示电路的具体组建结构及其工作原理进行详细地阐述。

参见图2所示，本实施例的温度指示电路采用一颗NPN型三极管Q1配合外围电阻，设计成所述的稳压电路，实现对供电电源VCC输出电压的稳定控制。将所述NPN型三极管Q1的集电极通过第一电阻R1连接至供电电源VCC，基极通过串联的第二电阻R2连接所述的供电电源VCC，发射极通过串联的第三电阻R3接地。由于在NPN型三极管Q1的发射极串联有第三电阻R3，因此，可以保证三极管Q1始终工作在放大状态，使三极管Q1的基极电流I_B与集电极电流I_C呈倍数关系，即，其中，β是三极管的交流电流放大系数，为常数。由此，便使得集电极电流I_C处于可控状态，实现稳压输出功能。

具体来讲，从图2所示的稳压电路中可以看出：

V1=VCC-VR1①；

其中，V1为通过NPN型三极管Q1的集电极输出的直流电压，即通过稳压电路输出的稳定的直流电压；VR1为第一电阻R1两端的电压。由于

VCC=I_B×R2+V_BE+I_E×R3②；

又因三极管Q1工作在放大状态，I_E=(1+β)I_B，故代入公式②得：

VCC=I_B×R2+V_BE+（1+β）I_B×R3；

由此可得：

③；

由于三极管Q1的结电压V_BE相比VCC而言，压值很小，可忽略不计，因而，公式③可变换成:

④。

由于V1=VCC-VR1=VCC-I_C×R1，当VCC电压增大时，会使三极管Q1的基极电流I_B变大。由于三极管Q1工作在放大区，因此三极管Q1的集电极电流I_C也随之变大，且I_C=β×I_B。随着集电极电流I_C的变大，第一电阻R1两端的电压也随之增大，也就是说VCC的增大也会引起VR1的变大。当VCC的电压增加ΔVCC时，由公式④可知：I_B的电流值增加。因为I_C=β×I_B，故，此时，第一电阻R1两端的分压增量为：

。

要使直流电压V1稳定，即满足：

。

由此可见，只要对电阻R1、R2、R3的阻值进行合理地配置，使其阻值满足以下条件：

，

即可使，继而保证通过稳压电路输出的直流电压V1恒定。

将通过稳压电路输出的稳定的直流电压V1提供给LED显示电路，为LED显示电路供电，即可保证LED的亮度变化准确反映系统电路的温度变化。

在本实施例中，所述供电电源VCC可以由电子产品的系统电源直接提供，也可以由系统电源经电子产品内部的电源转换电路进行电压变换后，间接供给，或直接由纽扣电池等外接电源供电，本实施例对此不进行具体限制。

作为所述LED显示电路的一种具体设计方式，可以采用一颗发光二级管LED串联一个热敏电阻RT组建而成，连接在稳压电路的直流电压V1输出端与地之间，参见图2所示。利用热敏电阻RT的阻值随温度变化而变化的特性，调节流过发光二级管LED的电流大小，从而利用LED发光亮度的改变，实现温度变化的指示功能。

具体来讲，当采用负温度系数的热敏电阻RT连接LED构建所述的LED显示电路时，当系统电路的温度升高时，热敏电阻RT的阻值降低，从而使流过LED的电流变大，导致LED的发光亮度增强；反之，当系统电路的温度降低时，热敏电阻RT的阻值变大，从而使流过LED的电流变小，进而导致LED的发光亮度减弱。由此一来，用户可以通过观察LED发光亮度的强弱变化，准确地辨别出系统电路的温度变化。

为了避免在热敏电阻RT的阻值变为零时，因流过LED的电流过大而导致LED损坏问题的发生，本实施例优选在所述LED显示电路中进一步串联一个限流电阻R4，参见图2所示，即利用LED、热敏电阻RT和限流电阻R4形成串联支路，连接在稳压电路的直流电压V1输出端与地之间，利用限流电阻R4对所述串联支路的限流作用，来限制流过LED的电流大小，继而提高LED工作的可靠性。

为了在系统电路的工作温度过高或者过低时，能够自动控制系统电路进入保护模式，以避免故障的发生或者进一步地扩大，本实施例在所述温度指示电路中还可以进一步增设电压监测单元，参见图2所示，连接限流电阻R4，对限流电阻R4两端的电压值进行检测。当电压监测单元检测到限流电阻R4两端的电压值超过设定阈值（这里的设定阈值包括最大阈值和最小阈值两部分）时，切断系统电源的供电回路，控制系统电路断电，停止运行，以实现故障保护功能。

为了进一步增强指示效果，获得一种可以根据指示灯的颜色变化来反映温度变化的指示效果，以增强用户的辨识度，本实施例在设计LED显示电路时，对LED与热敏电阻形成的串联支路进行多路扩展，并将多路串联支路并联后，连接在稳压电路的直流电压V1输出端与地之间。通过在每一条串联支路中选用不同颜色的发光二级管LED，以混合形成不同颜色的显示光，便于用户快速识别。

同样的，出于对每一条串联支路中LED过流保护的目的，本实施例优选在所述的每一条串联支路中进一步串联限流电阻，以保证即便在热敏电阻的阻值变为零时，流过各条串联支路的电流仍低于LED正常工作时的最大安全电流。

下面以同时布设两条串联支路为例，对所述温度指示电路的具体工作原理进行详细地阐述。

参见图3所示，本实施例为了实现一种可以在系统电路温度正常时，指示黄色；在系统电路温度过高时，指示红色；在系统电路温度过低时，指示绿色的显示效果，在其中一条串联支路中选用绿色发光二级管LED1和正温度系数的热敏电阻RT1，在另外一条串联支路中选用红色发光二级管LED2和负温度系数的热敏电阻RT2；在两条串联支路中分别串联一个限流电阻R5、R6。配置两个热敏电阻RT1、RT2在常温状态下（例如25℃时）的阻值相等，两个限流电阻R5、R6的阻值相等，两个发光二级管LED1、LED2两端的压降相等。

当系统电路的工作温度处于正常情况时，两个热敏电阻RT1、RT2的阻值基本相等，因而使流过两个发光二级管LED1、LED2的电流基本相等，两个发光二级管LED1、LED2的发光强度基本相当，此时，显示出来的是一种由强度相当的红光和绿光混合而成的黄光。

当系统电路的温度上升时，两个热敏电阻RT1、RT2的阻值发生明显的变化，其中，正温度系数的热敏电阻RT1随温度的升高，阻值变大；负温度系数的热敏电阻RT2随温度的升高，阻值变小。此时，由于热敏电阻RT1的阻值增大，而导致流过绿色发光二级管LED1的电流I1变小，亮度变弱;由于热敏电阻RT2的阻值变小，而导致流过红色发光二级管LED2的电流I2变大，亮度变强。由此便呈现出一种随着系统电路的温度逐渐升高，显示颜色逐渐变红的指示效果。当系统电路的温度过高时，电流I2远大于电流I1，从而使红光的亮度远远高于绿光的亮度，使显示颜色变为高亮度的红色，达到高温红光预警的指示效果。

反之，当系统电路的温度下降时，正温度系数的热敏电阻RT1随温度的降低，阻值变小；负温度系数的热敏电阻RT2随温度的降低，阻值变大。此时，由于热敏电阻RT1的阻值减小，而导致流过绿色发光二级管LED1的电流I1变大，亮度变强;而由于热敏电阻RT2的阻值增大，而导致流过红色发光二级管LED2的电流I2变小，亮度变弱。由此便呈现出一种随着系统电路的温度逐渐降低，显示颜色逐渐变绿的指示效果。当系统电路的温度过低时，电流I2远小于电流I1，从而使绿光的亮度远远高于红光的亮度，使显示颜色变为高亮度的绿色，达到低温绿光预警的指示效果。

由此一来，用户只需观察指示灯的颜色变化，即可准确、直观地判断出当前系统电路的工作温度是否正常，以便及时采取必要的应急措施。

同样地，为了在系统电路的工作温度过高或者过低时，能够自动控制系统电路进入保护模式，以避免故障的发生或者进一步地扩大，本实施例在所述温度指示电路中还增设了电压监测单元，参见图3所示，连接限流电阻R5或者R6，对限流电阻R5或者R6两端的电压值进行检测。当电压监测单元检测到限流电阻R5或者R6两端的电压值超过设定阈值（这里的设定阈值包括最大阈值和最小阈值两部分）时，切断系统电源的供电回路，控制系统电路断电，停止运行，以实现故障保护功能。

作为一种优选的具体实施方式，可以在系统电源的供电回路中设置一开关电路，具体可以将开关电路的开关通路串联在系统电源的供电回路中，控制端接收电压监测单元输出的控制信号。在电压监测单元检测到限流电阻R5或者R6两端的电压值超过设定阈值时，输出有效的控制信号至开关电路的控制端，控制开关电路的开关通路断开，进而切断系统电源的供电回路，实现系统电路的高低温故障保护功能。

本实施例的温度指示电路采用三极管配合外围电阻构建稳压电路，实现直流电压的恒定输出，电路设计简单，成本低廉，易于控制。采用正反两种温度系数的热敏电阻配合两种不同颜色的LED设计显示电路，实现了三色指示的效果，通过增加颜色反差，进一步提高了指示的灵敏度。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种温度指示电路，其特征在于：包括供电电源、稳压电路、LED和热敏电阻；所述供电电源通过稳压电路输出稳定的直流电压，输出至LED与热敏电阻的串联支路；在所述稳压电路中设置有一NPN型三极管，所述三极管的集电极通过第一电阻连接供电电源，基极通过第二电阻连接供电电源，发射极通过第三电阻接地；所述第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值满足公式：

；

其中，R1、R2、R3分别为第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，β为三极管的交流电流放大系数，为常数；通过所述三极管的集电极输出所述的直流电压。

2.根据权利要求1所述的温度指示电路，其特征在于：所述LED与热敏电阻的串联支路包括多条，多条串联支路并联后，连接在稳压电路的直流电压输出端与地之间。

3.根据权利要求2所述的温度指示电路，其特征在于：所述串联支路包括两条，两条串联支路中的LED的发光颜色不同，且其中一条串联支路中的热敏电阻为正温度系数的热敏电阻，另一条串联支路中的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

4.根据权利要求3所述的温度指示电路，其特征在于：两个所述的热敏电阻在常温状态下阻值相等。

5.根据权利要求3所述的温度指示电路，其特征在于：在所述的两条串联支路中，两颗LED的压降相等。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的温度指示电路，其特征在于：在每一条所述的串联支路中还分别串联有限流电阻。

7.根据权利要求6所述的温度指示电路，其特征在于：串联在各条所述串联支路中的限流电阻的阻值相等。

8.根据权利要求6所述的温度指示电路，其特征在于：在所述温度指示电路中还设置有电压监测单元，连接所述的限流电阻，通过检测限流电阻两端的电压，并与预设阀值进行比较，进而实现对系统电源的通断控制。

9.根据权利要求8所述的温度指示电路，其特征在于：在所述系统电源的供电回路中连接有开关电路，所述开关电路接收电压监测单元输出的控制信号，对所述供电回路进行通断控制。

10.一种电子产品，其特征在于：设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的温度指示电路。