CN104158150A - 一种电子系统的过热保护电路和电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子系统的过热保护电路和电子系统,该电子系统包括:系统工作电源、与系统工作电源的使能端连接的微控制单元MCU以及与MCU连接的温度感应器,MCU在温度感应器检测到的温度等于或大于第一阀值时通过使能端关闭系统工作电源,该过热保护电路包括:温度监测电路和控制电路;控制电路与温度监测电路连接,还与系统工作电源的使能端连接;控制电路在温度监测电路监测到温度值等于或大于第二阀值时通过使能端关闭所述系统工作电源;其中,第二阀值大于第一阀值。本发明这种电子系统的过热保护电路,在MCU不能控制断开电子系统的工作电源时,启动保护,关掉工作电源,达到高安全度的过热保护,防止安规事件的发生。

Description

一种电子系统的过热保护电路和电子系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电子系统过热保护领域,具体涉及一种电子系统的过热保护电路和电 子系统。
背景技术
[0002] 电子系统日益成为生活中的一部分,随着电子系统的越来越复杂,其处理的数据 量也越来越大,这就导致了包括处理器在内的各种电子器件所产生的热量也越来越大。如 果电子系统的散热系统出现异常或者没有达到理想效果,电子系统会被烧毁,甚至造成安 规事件。因而现有技术中基本上都会对电子系统附加过热保护的方案。图1示出了现有技 术的过热保护电路,参见图1,现有的过热保护方案,基本上都是在电子系统的微控制单元 MCU接上I2C接口的数字温度感应器。数字温度感应器放置在高温点,MCU随时通过I2C读 取数字温度感应器的温度,当温度达到MCU设置的保护点时,MCU关掉处理器等运行芯片的 电源使能信号,从而使处理器以及其他功能芯片不工作,减小甚至关闭了热源。
[0003] 现有技术的弊端是,当温度或者其他外部原因导致MCU发生异常(例如死机)时, MCU不能根据温度感应器的温度去关掉电源,进而导致无法关掉热源,处理器继续工作,温 度继续升高,具有极大的发生安规事件风险。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种电子系统的过热保护电路和电子系统,以解决电子系统温度过 高的情况下,MCU不能正常关闭系统工作电源从而具有极大的发生安规事件风险的问题。
[0005] 为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0006] 根据本发明的一个方面,提供了一种电子系统的过热保护电路,该电子系统包括: 系统工作电源、与系统工作电源的使能端连接的微控制单元MCU以及与MCU连接的温度感 应器,MCU在温度感应器检测到的温度等于或大于第一阀值时通过使能端关闭系统工作电 源,该过热保护电路包括:温度监测电路和控制电路;
[0007] 控制电路与温度监测电路连接,还与系统工作电源的使能端连接;
[0008] 控制电路在温度监测电路监测到温度值等于或大于第二阀值时通过使能端关闭 系统工作电源;
[0009] 其中,第二阀值大于第一阀值。
[0010] 可选地,控制电路还与MCU的重置端连接,当温度监测电路监测到的温度等于或 大于第二阀值时通过重置端重置MCU。
[0011] 可选地,温度监测电路包括:用于感应温度的过热保护芯片和第一电阻;
[0012] 过热保护芯片的输出端与控制电路连接;
[0013] 第一电阻的一端与过热保护芯片连接,另一端接地。
[0014] 可选地,系统工作电源包括N个电源,N为大于等于1的正整数;
[0015] 控制电路包括:N+1个二极管;
[0016] N个二极管中的每个二极管的负极分别连接过热保护芯片的输出端,N个二极管 中的每个二极管的正极分别连接N个电源中每个电源的使能端;
[0017] 一个二极管的负极连接过热保护芯片的输出端,一个二极管的正极接MCU的重置 引脚。
[0018] 可选地,系统工作电源包括N个电源,N为大于等于1的正整数;
[0019] 控制电路包括:N+1个M0S管以及N+1个上拉电阻;
[0020] N个M0S管中的每个M0S管的源极分别连接过热保护芯片的输出端,N个M0S管中 的每个M0S管的漏极分别连接N个电源中每个电源的使能端,N个M0S管中的每个M0S管 的栅极经与该M0S管并联的上拉电阻分别接入N个电源中每个电源的使能端;
[0021] 一个M0S管的源极连接过热保护芯片的输出端,一个M0S管的漏极接MCU的重置 引脚,一个M0S管的栅极经与该M0S管并联的上拉电阻接入MCU的重置引脚;或者
[0022] 控制电路包括:N+1个三极管以及N+1个上拉电阻;
[0023] N个三极管中的每个三极管的发射极分别连接过热保护芯片的输出端,N个三极 管中的每个三极管的集电极分别连接N个电源中每个电源的使能端,N个三极管中的每个 三极管的基极经与该三极管并联的上拉电阻分别接入N个电源中每个电源的使能端;
[0024] -个三极管的发射极连接过热保护芯片的输出端,一个三极管的集电极接MCU的 重置引脚,一个三极管的基极经与该三极管并联的上拉电阻接入MCU的重置引脚。
[0025] 可选地,温度监测电路还包括与系统工作电源独立的独立电源;
[0026] 过热保护芯片的一个引脚连接独立电源,过热保护芯片的一个引脚接地。
[0027] 可选地,N+1个M0S管均为NM0S管,N+1个三极管均为NPN型三极管。
[0028] 可选地,第二阀值比第一阀值高3〜5度。
[0029] 可选地,过热保护电路还包括延时电路,控制电路通过延时电路与电子系统MCU 的重置端连接。
[0030] 根据本发明的另一个方面,提供了一种电子系统,该电子系统包括如本发明一个 方面的过热保护电路。
[0031] 本发明的这种电子系统过热保护电路,能够在系统温度过高而MCU发生异常不能 控制电子系统进行过热保护的情况下,启动保护,从而关掉第一电源以及处理器CPU的电 源,达到高安全度的过热保护,最大程度的防止安规事件发生的目的。
附图说明
[0032] 图1是现有技术的过热保护电路的电路图;
[0033] 图2是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的框图;
[0034] 图3是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;
[0035] 图4是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;
[0036] 图5是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;
[0037] 图6是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;
[0038] 图7是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;
[0039] 图8是本发明一个实施例的一种电子系统的框图。
具体实施方式
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0041] 为了更好的理解本发明这种电子系统的过热保护电路,以下结合图1先对现有技 术中的过热保护的方案进行说明。参见图1,在电子系统中CPU和其他芯片是产生热量的 热源,MCU通过使能端打开或关闭系统工作电源,第一电源和CPU电源都是系统工作电源, CPU电源主要是为系统CPU供电,第一电源主要是为除CPU以外的芯片器件供电的,两个电 源均由MCU来控制打开和关闭。MCU是一个具有I2C (Inter - Integrated Circuit)接口 和GPIO (General Purpose Input Output,通用输入/输出)引脚的处理控制芯片(例如是 电源管理芯片),通过I2C总线连接到数字温度感应器;数字温度感应器设在系统的热源附 近能够实时侦测电子系统的温度并且转换成数字信号,存入I2C总线的寄存器里,MCU通过 读取寄存器中的温度从而得知系统当前的温度。MCU中设置温度触发点(第一阀值),数字 温度感应器侦测所在位置的温度并且通过I2C总线传输给MCU,当MCU读取到的温度等于或 者大于第一阀值时,MCU将系统工作电源的使能端拉低,关闭CPU电源和第一电源,从而使 得CPU和其他芯片不工作,消除了热源。
[0042] 随着电子系统处理的数据量增大,系统的温度会随之升高,正常情况下,MCU会侦 测到系统当前的温度达到其预设的第一阀值,此时,MCU会通过使能端切断电子系统的工作 电源,以保护电子系统,避免安规事件的发生。然而,如果MCU发生了异常,例如MCU当机的 情况下,电子系统的温度继续升高,会带来严重的后果。
[0043] 本发明的核心思想是针对现有技术中电子系统温度过高而MCU又不能控制进行 过热保护的问题,利用纯硬件的过热保护芯片,附加在数字温度感应器的旁边,来弥补数字 温度感应器的不足,同时加上相应的逻辑器件以确保过热保护芯片的有效安全利用和检查 数字温度系统的有效性。纯硬件过热保护芯片可以侦测温度,并且通过设置电阻的阻值设 定电子系统的过热保护点。过热保护芯片通过逻辑器件侦测MCU如果没有正常工作的情况 下,启动保护关掉MCU电源以及处理器电源等电源,从而达到高安全度的过热保护,减少发 生安规事件风险的目的。
[0044] 图2是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的框图;参见图2,该电子 系统包括:系统工作电源201、与系统工作电源201的使能端连接的微控制单元MCU202以 及与MCU202连接的温度感应器203,MCU202在温度感应器203监测到的温度大于或等于第 一阀值时通过使能端关闭系统工作电源201,该电子系统的过热保护电路200包括:温度监 测电路204和控制电路205 ;
[0045] 控制电路205与温度监测电路204连接,还与系统工作电源201的使能端连接;
[0046] 控制电路205在温度监测电路204监测到温度值等于或大于第二阀值时通过使能 端关闭系统工作电源201 ;
[0047] 其中,第二阀值大于第一阀值。
[0048] 本发明的这种电子系统的过热保护电路,在电子系统中设置温度监测电路和控制 电路,通过温度监测电路和控制电路,实时监测电子系统当前的温度值,在监测到的温度达 到预设的第二阀值时,控制电路通过使能端控制系统工作电源关闭,从而防止电子系统温 度过高导致安规事件等严重后果的发生。
[0049] 在本发明的一个实施例中,控制电路还与MCU的重置端连接,当温度监测电路监 测到的温度等于或大于第二阀值时通过重置端重置MCU。
[0050] 图3是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;参见图3,系统 工作电源的个数N = 2,即电子系统包括两个电源分别为:第一电源和CPU电源;控制电路 包括:3个二极管,分别为:二极管D1、二极管D2和二极管D3 ;温度监测电路包括:用于感应 温度的过热保护芯片和第一电阻;
[0051] 第一电阻的一端与过热保护芯片连接,另一端接地;
[0052] 二极管D1的负极连接过热保护芯片的输出端,二极管D1的正极连接第一电源的 使能端;
[0053] 二极管D2的负极连接过热保护芯片的输出端,二极管D2的正极连接CPU电源的 使能端;
[0054] 二极管D3的负极连接过热保护芯片的输出端,二极管D3的正极接MCU的重置引 脚。
[0055] 在本实施例的这种过热保护电路中,利用二极管Dl,D2, D3的单向导通特性,防止 系统正常工作状态下,过热保护芯片的状态影响到系统工作电源的使能端以及MCU的重置 引脚。
[0056] 在本实施例的中,通过改变第一电阻的值可以设置不同的第二阀值,第一电阻可 以是定值电阻,在电路布设之初就设置好固定的第二阀值;也可以是滑动变阻器或者变阻 箱,实现人工设置第二阀值;还可以是由电子开关和定值电阻组成的多个电阻并联支路,通 过导通或者断开不同的电阻支路,获得不同的阻值,实现第二阀值设置。电子系统温度的变 化会引起过热保护芯片中的热敏电阻阻值的变化,过热保护芯片可以感应温度,通过热敏 电阻阻值或者分压进而得知电子系统当前的温度值是否达到第二阀值,当电子系统当前温 度达到第二阀值时将输出端设为低电平。
[0057] 本实施例的这种过热保护电路还包括独立于电子系统工作电源的独立电源,独立 电源与过热保护芯片连接以对其进行供电,独立电源电压为5V。
[0058] 本发明的这种过热保护电路主要是在MCU不能起作用的情况下使用,所以本电路 中温度保护点(即第二阀值)的设置要合理大于数字温度感应器的温度保护点(即第一阀 值),优选的,第二阀值比第一阀值高3〜5度。
[0059] 参见图3,过热保护电路的具体工作过程为:
[0060] 电子系统过热时,如果MCU当机或者发生其他异常的情况不能控制第一电源和 CPU电源的使能端并进而关闭第一电源和CPU电源的情况下,系统的温度会继续升高,过热 保护芯片通过第一电阻的阻值判断电子系统当前的温度值达到了预设的第二阀值,此时, 过热保护芯片将输出端设为低电平,通过二极管D1、D2拉低第一电源的使能端和CPU电 源的使能端从而关掉CPU和其他工作器件,消除热源,避免严重后果的发生,保护了电子系 统。同时,通过二极管D3初始化MCU,使得MCU恢复正常工作状态。
[0061] 本实施例中,第一电阻使用高精度的电阻,例如精度为0. 5 %的电阻或者更高精度 的电阻。过热保护芯片采用纯硬件电路和结构来实现的芯片,例如是G709T1UF型号的过热 保护芯片,本发明中温度监测和输出低电平控制,并进而消除电子系统的热源功能的实现 是利用了现有技术中的这种G709T1UF型号芯片内部的硬件电路和结构,不需要借助软件 编程,不涉及对方法的改进。虽然现有技术中存在实现温度监测功能的芯片,但是现有技术 中不存在将该芯片应用于本发明的这种过热保护电路解决电子系统过热,MCU不工作情况 下的电子系统过热进而导致的安全问题。
[0062] 图4是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;参见图4,系统 工作电源的个数N = 2,即电子系统包括两个电源分别为:第一电源和CPU电源;控制电路 包括:3个M0S管分别为:M0S管Q1、Q2、Q3 ;以及分别与3个M0S管并联的上拉电阻R2、R3 和R4 ;
[0063] 温度监测电路包括:用于感应温度的过热保护芯片和第一电阻;
[0064] M0S管Q1的源极连接过热保护芯片的输出端,M0S管Q1的漏极连接第一电源的使 能端,M0S管Q1的栅极经上拉电阻R2接入第一电源的使能端;M0S管Q2的源极连接过热保 护芯片的输出端,M0S管Q2的漏极连接CPU电源的使能端,M0S管Q2的栅极经上拉电阻R3 接入CPU电源的使能端;M0S管Q3的源极连接过热保护芯片的输出端,M0S管Q3的漏极接 MCU的重置引脚,M0S管Q3的栅极经上拉电阻R4接入MCU的重置引脚。
[0065] 参见图4,本发明的这种过热保护电路的具体工作过程为:
[0066] 若电子系统的温度值小于过热保护芯片设定的温度保护点(即第二阀值),过热 保护芯片的输出端为高电平,M0S管Q1,Q2,Q3处于截止状态,电子系统正常工作或者由MCU 来控制进行过热保护。
[0067] 当电子系统的温度继续升高到等于或者大于过热保护芯片设定的温度保护点 (即第二阀值)时,过热保护芯片的输出端为低电平,M0S管Q1、Q2和Q3导通,拉低第一电 源的使能端和CPU电源的使能端,关闭第一电源和CPU电源,同时拉低系统MCU的重置端。 [0068] 在本实施例中,M0S管Ql、Q2和Q3均为N沟道M0SFET。
[0069] 图5是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;参考图5,在本 发明的其他实施例中,M0S管Ql、Q2和Q3还可以替换为NPN型三极管,三个三极管中的每 个三极管的发射极分别连接过热保护芯片的输出端,集电极分别连接两个电源中每个电源 的使能端,基极经与该三极管并联的上拉电阻分别接入两个电源中每个电源的使能端;
[0070] -个三极管的发射极连接过热保护芯片的输出端,集电极接MCU的重置引脚,基 极经与该三极管并联的上拉电阻接入MCU的重置引脚。本实施例的过热保护电路的具体工 作过程与图4的过热保护电路的工作过程类似,图5中电路的具体工作过程参见图4部分 的说明,在此不再赘述。
[0071] 图6是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的框图;参见图6,该电子 系统包括:系统工作电源201、与系统工作电源201的使能端连接的微控制单元MCU202以 及与MCU202连接的温度感应器203,MCU202在温度感应器203监测到的温度大于或等于第 一阀值时通过使能端关闭系统工作电源201,该电子系统的过热保护电路200包括:温度监 测电路204、控制电路205和延时电路206 ;
[0072] 控制电路205与温度监测电路204连接,还与系统工作电源201的使能端连接,在 温度监测电路204监测到温度值等于或大于第二阀值时,控制电路205通过使能端关闭系 统工作电源201,其中,第二阀值大于第一阀值。同时控制电路205还通过延时电路206与 MCU的重置端连接,当温度监测电路监测到的温度等于或大于第二阀值时,控制电路205通 过延时电路延时一定时间后重置MCU,从而使得当温度过高且MCU异常时,能够控制系统工 作电源关闭,并在系统温度下降一段时间后(在延时时间内系统温度会下降)重启MCU,进 一步保护MCU、CPU以及其他芯片器件,防止电子系统温度过高导致安规事件等严重后果的 发生,延长电子系统使用寿命。
[0073] 图7是本发明一个实施例的一种电子系统过热保护电路的电路图;参考图7,本实 施例的延时电路由电阻R5、电容C和二极管D4组成。其中,电阻R5与二极管D4两端并联, 一端连接过热保护芯片的输出端,另一端连接控制电路控制MCU重置端的输入端(图7中 Q3的发射极)。当过热保护芯片起作用时(即当电子系统的温度继续升高到等于或者大于 过热保护芯片设定的温度保护点--第二阀值时,过热保护芯片的输出端为低电平),通过 二极管D4拉低,用电阻R5、电容C延时,从而经过一定时间后重置MCU ;当过热保护芯片为 高时(即电子系统的温度值小于过热保护芯片设定的温度保护点--第二阀值,过热保护 芯片的输出端为高电平),由于电阻R5、电容C的延时作用,二极管D4不会直接为高而导 通,从而不会重置MCU。由此可见,本实施例的这种电子系统的过热保护电路,在电子系统中 设置温度监测电路、控制电路和延时电路,通过温度监测电路和控制电路,实时监测电子系 统当前的温度值,在监测到的温度达到预设的第二阀值时,控制电路通过使能端关闭系统 电源,同时延时一段时间后拉低MCU的重置端进行MCU重置;当温度降到过热保护芯片的温 度保护点以下时,过热保护芯片恢复高电平,MCU工作并根据数字温度感应器监测电子系统 的温度,进行系统电源的通断控制。
[0074] 综上,本发明的这种电子系统的过热保护电路,利用纯硬件的过热保护芯片,来弥 补利用数字温度感应器和MCU实现的过热保护方案的不足,另外利用相应的逻辑器件以确 保过热保护芯片的有效安全利用和检查数字温度系统的有效性。该电路能够在MCU如果没 有正常工作的情况下,启动保护,关掉处理器CPU电源和系统的其他工作电源,从而达到高 安全度的过热保护,最大程度上防止安规事件的发生。
[0075] 图8是本发明一个实施例的一种电子系统的框图,参考图8,本发明还提供了一种 电子系统,该电子系统800包括:本发明提供的这种电子系统的过热保护电路200。
[0076] 该电子系统由于集成了电子系统的过热保护电路200,减少内部器件温度过高烧 坏电子系统的风险,因而具有更高的安全度。
[0077] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围 内。

Claims (10)

1. 一种电子系统的过热保护电路,所述电子系统包括:系统工作电源、与所述系统工 作电源的使能端连接的微控制单元MCU以及与所述MCU连接的温度感应器,所述MCU在所 述温度感应器检测到的温度等于或大于第一阀值时通过所述使能端关闭所述系统工作电 源,其特征在于,所述过热保护电路包括:温度监测电路和控制电路; 所述控制电路与所述温度监测电路连接,还与所述系统工作电源的使能端连接; 所述控制电路在所述温度监测电路监测到温度值等于或大于第二阀值时通过所述使 能端关闭所述系统工作电源; 其中,所述第二阀值大于所述第一阀值。
2. 如权利要求1所述的过热保护电路,其特征在于,所述控制电路还与所述MCU的重置 端连接,当所述温度监测电路监测到的温度等于或大于第二阀值时通过所述重置端重置所 述 MCU。
3. 如权利要求2所述的过热保护电路,其特征在于,所述温度监测电路包括:用于感应 温度的过热保护芯片和第一电阻; 所述过热保护芯片的输出端与所述控制电路连接; 所述第一电阻的一端与所述过热保护芯片连接,另一端接地。
4. 如权利要求3所述的过热保护电路,其特征在于,所述系统工作电源包括N个电源, N为大于等于1的正整数; 所述控制电路包括:N+1个二极管; 所述N个二极管中的每个二极管的负极分别连接所述过热保护芯片的输出端,所述N 个二极管中的每个二极管的正极分别连接所述N个电源中每个电源的使能端; 所述一个二极管的负极连接所述过热保护芯片的输出端,所述一个二极管的正极接所 述MCU的重置引脚。
5. 如权利要求3所述的过热保护电路,其特征在于,所述系统工作电源包括N个电源, N为大于等于1的正整数; 所述控制电路包括:N+1个MOS管以及N+1个上拉电阻; 所述N个MOS管中的每个MOS管的源极分别连接所述过热保护芯片的输出端,所述N 个MOS管中的每个MOS管的漏极分别连接所述N个电源中每个电源的使能端,所述N个MOS 管中的每个MOS管的栅极经与该MOS管并联的上拉电阻分别接入所述N个电源中每个电源 的使能端; 所述一个MOS管的源极连接所述过热保护芯片的输出端,所述一个MOS管的漏极接所 述MCU的重置引脚,所述一个MOS管的栅极经与该MOS管并联的所述上拉电阻接入所述MCU 的重置引脚;或者 所述控制电路包括:N+1个三极管以及N+1个上拉电阻; 所述N个三极管中的每个三极管的发射极分别连接所述过热保护芯片的输出端,所述 N个三极管中的每个三极管的集电极分别连接所述N个电源中每个电源的使能端,所述N个 三极管中的每个三极管的基极经与该三极管并联的上拉电阻分别接入所述N个电源中每 个电源的使能端; 所述一个三极管的发射极连接所述过热保护芯片的输出端,所述一个三极管的集电极 接所述MCU的重置引脚,所述一个三极管的基极经与该三极管并联的所述上拉电阻接入所 述MCU的重置引脚。
6. 如权利要求3所述的过热保护电路,其特征在于, 所述温度监测电路还包括与所述系统工作电源独立的独立电源; 所述过热保护芯片的一个引脚连接所述独立电源,所述过热保护芯片的一个引脚接 地。
7. 如权利要求5所述的过热保护电路,其特征在于,所述N+1个MOS管均为NMOS管,所 述N+1个三极管均为NPN型三极管。
8. 如权利要求书1至7中任一项所述的过热保护电路,其特征在于,所述第二阀值比所 述第一阀值高3〜5度。
9. 如权利要求2至7中任一项所述的过热保护电路,其特征在于,所述过热保护电路还 包括延时电路,所述控制电路通过所述延时电路与所述电子系统MCU的重置端连接。
10. -种电子系统,其特征在于,所述电子系统包括权利要求1至9中任一项所述的过 热保护电路。
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