CN104332949B - 电路系统的温度保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电路系统的温度保护装置，包括温度检测单元、参考生成单元、比较单元和计数器；通过温度检测单元将环境温度电压转换为检测电压输出，并通过比较单元对检测电压和参考生成单元产生的第一带隙基准电压或第二带隙基准电压进行比较，当检测电压低于第一带隙基准电压时，对电路系统过温保护，当检测电压高于第二带隙基准电压时，恢复电路系统工作；计数器对电路系统的过温保护次数进行记录，当超过一定次数后，降低过温保护的阈值或者直接控制电路系统锁定在关闭状态，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电路系统的温度保护装置。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电子系统的复杂度和集成度的不断增加，温度保护电路已经成为了电子系统或芯片设计中必不可少的一部分。
当电子设备(芯片或系统)工作不正常，如电流突然增大导致工作环境温度升高时，温度保护电路能够检测到环境温度的异常而自动断开电路，使电子设备(芯片或系统)得到保护。当环境温度冷却到安全温度时，温度保护电路又能控制电子设备(芯片或系统)恢复工作。
目前常用的温度保护电路一般为一种带迟滞的温度保护电路。当其检测到被检测设备(芯片或系统)温度超过电路工作允许的最高温度阈值后，立即进入温度保护状态，停止电路或系统工作，避免被检测设备继续升温而损坏电路或系统；当进入温度保护状态后，温度保护电路检测被检测设备(芯片或系统)的温度，当温度降低到最高温度阈值以下一定温度，如低于最高温度阈值20℃后，重新启动电路或系统工作。
在实践中，发现这种温度保护有时仍不能完全保护电路，避免电路损坏。例如有些时候由于系统发生短路，可能导致系统温度升高至超过电路工作允许的最高温度阈值，导致系统发生保护；当系统停止工作后，某些电流通路被切断，短路因此消失。当系统停止工作，温度下降20℃后，系统再次启动，但是电路系统的问题依然存在，所以会再次出现短路，然后继续发生过热，系统停止工作，某些电流通路被切断，系统恢复工作这样的周而复始的循环之中。长时间的这种反复过热，极大的增加了系统损坏的概率。有可能即使后续维修人员解除了短路等异常原因，但系统中某些电路已经因为多次的反复过热而永久损坏，更换的代价将十分昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度保护装置，能够在电路发生一定次数的过温保护之后，降低过温保护的阈值或者直接控制电路系统锁定在关闭状态，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
第一方面，本发明实施例提供了一种电路系统的温度保护装置，所述温度保护装置包括：
温度检测单元，用于根据电路系统的环境温度输出检测电压；所述检测电压与所述电路系统的环境温度具有函数关系；
比较单元用于，在所述电路系统处于工作状态时，对所述检测电压和第一带隙基准电压进行比较，当所述检测电压低于所述第一带隙基准电压时，输出使所述电路系统关断的状态信号，用以所述电路系统根据所述使所述电路系统关断的状态信号进行过温保护；
所述比较单元还用于，在所述电路系统处于过温保护状态时，对所述检测电压和所述第二带隙基准电压进行比较，当所述检测电压高于所述第二带隙基准电压时，输出使所述电路系统恢复工作的状态信号，用以所述电路系统根据所述使所述电路系统恢复工作的状态信号解除过温保护，恢复工作状态；其中，所述第二带隙基准电压高于所述第一带隙基准电压；
计数器，用于对所述比较单元输出的使所述电路系统关断的状态信号和使所述电路系统恢复工作的状态信号之间的转换次数进行记录，当所述转换次数达到预设阈值时，生成控制信号；所述控制信号用于控制所述电路系统持续保持在过温保护的状态，或者用于将所述第一带隙基准电压调整为第三带隙基准电压，并且将所述第二带隙基准电压调整为第四带隙基准电压；其中，所述第三带隙基准电压的电压值高于所述第一带隙基准电压的电压值；所述第四带隙基准电压的电压值高于所述第二带隙基准电压的电压值。
在第一种可能的实现方式中，所述温度检测单元包括电流源和双极型晶体管；
所述双极型晶体管串联在所述电流源和地之间；所述检测电压为所述三级管的基极-发射极结电压VBE；
其中，所述VBE具有负温度系数。
结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述双极型晶体管为PNP管，基极(B)和集电极(C)共地连接，发射极(E)与电流源的输出端相连接。
结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述双极型晶体管为NPN管，发射极(E)接地，基极(B)和集电极(C)与电流源的输出端相连接。
结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，当所述控制信号用于将所述第一带隙基准电压调整为第三带隙基准电压，并且将所述第二带隙基准电压调整为第四带隙基准电压时，所述比较单元包括第一比较器和基准电压输入控制子单元；
所述基准电压输入控制子单元包括第一开关(SA)、第二开关(SB)、第三开关(S1)、第四开关(S2)、第五开关(S3)和第六开关(S4)；其中，第三开关(S1)用于接入所述第一带隙基准电压，第四开关(S2)用于接入所述第三带隙基准电压，第五开关(S3)用于接入所述第二带隙基准电压，第六开关(S4)用于接入所述第四带隙基准电压；第一开关(SA)与所述第三开关(S1)、第四开关(S2)相连接，第二开关(SB)与所述第五开关(S3)、第六开关(S4)相连接；
所述第一比较器的正相输入端与所述第一开关(SA)、第二开关(SB)连接，反相输入端连接所述电流源的输出端，所述第一比较器的输出端输出所述状态信号，用于控制第二开关(SB)断开或闭合，以及控制第一开关(SA)闭合或断开；
初始时，所述计数器输出的控制信号无效，控制第三开关(S1)、第五开关(S3)闭合，第四开关(S2)、第六开关(S4)断开，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第一带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第一比较器的正相输入端接入第二带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行第一过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第二带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除第一过温保护；
当所述解除过温保护的次数达到预设阈值时，所述控制信号变为有效，第三开关(S1)、第五开关(S3)断开，第四开关(S2)、第六开关(S4)闭合，此时所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第三带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第三带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第一比较器的正相输入端接入第四带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行第二过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第四带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第三带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除第二过温保护。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，当所述控制信号用于控制所述电路系统持续保持在过温保护的状态时，所述比较单元包括第二比较器和基准电压输入控制子单元；
所述基准电压输入控制子单元包括第一开关(SA)和第二开关(SB)；其中，第一开关(SA)用于接入第一带隙基准电压，第二开关(SB)用于接入所述第二带隙基准电压；
所述第二比较器的正相输入端与所述第一开关(SA)、第二开关(SB)连接，反相输入端连接所述电流源的输出端，所述第二比较器的输出端输出所述状态信号，用于控制第二开关(SB)断开或闭合，以及控制第一开关(SA)闭合或断开；
初始时，所述第二比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第二比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第一带隙基准电压时，所述第二比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第二比较器的正相输入端接入第二带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第二带隙基准电压时，所述第二比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第二比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除过温保护。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述温度保护装置还包括第一或门；
所述第一或门的第一输入端与所述第二比较器的输出端相连接，第二输入端与所述计数器的输出端相连接；
当所述第二比较器输出所述使所述电路系统关断的有效的状态信号时，所述第一或门的输出信号控制所述电路系统进入过温保护状态；或者
当所述计数器输出所述有效的控制信号时，所述第一或门的输出信号控制所述电路系统进入过温保护状态。
在第七种可能的实现方式中，所述计数器的时钟信号输入端与所述比较单元的输出端相连接；
所述计数器具体用于，对所述比较单元的输出端输出的使所述电路系统关断的状态信号到使所述电路系统恢复工作的状态信号的转换的次数进行计数，当计数达到预设阈值时，生成有效的控制信号。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述计数器具体为：由D触发器组成的n位异步加法计数器；其中n为自然数。
结合第一方面的第七种或第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述计数器还包括复位信号生成单元，用于产生所述D触发器的复位信号；所述复位信号生成单元包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三比较器、第四反相器和第二或门；
所述第一电阻R1和第二电阻R2对电源电压进行分压，得到监测点电压；
所述第三比较器的正相输入端接入参考电压，反相输入端接入所述监测点电压，对所述监测点电压和参考电压进行比较，生成第一复位参考信号；
所述第四反相器对外部输入的使能信号进行反相，生成第二复位参考信号；
所述第二或门对所述第一复位参考信号和第二复位参考信号进行或逻辑操作，生成所述复位信号；
其中，当所述复位信号为1时，对组成所述n位异步加法计数器的全部D触发器进行复位。
本发明实施例提供的电路系统的温度保护装置，采用计数器对被保护设备(芯片或系统)进入过温保护的次数或者从过温保护状态中恢复正常状态的次数进行统计，当达到一定次数时，降低过温保护的阈值或者直接控制电路系统锁定在关闭状态，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种温度保护装置的电路图；
图2为本发明实施例一提供的另一种温度保护装置的电路图；
图3为本发明实施例一提供的过温保护装置中计数器的电路图；
图4为本发明实施例二提供的一种温度保护装置的电路图。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种温度保护装置，能够应用于电路系统中，对电路系统本身或者对电路系统中的部分芯片、电路等进行过温保护，温度保护装置自身具有根据过温保护次数调整降低过温保护的阈值或者锁定电路系统维持在关闭状态，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
图1为本发明实施例一提供的一种温度保护装置的电路图。如图1所示，温度保护装置包括：温度检测单元1、参考生成单元(图中未示出)、比较单元2和计数器3。
温度检测单元1，用于根据电路系统的环境温度输出检测电压；检测电压与电路系统的环境温度具有函数关系；
具体的，在本实施例中，温度检测单元1包括电流源I1和双极型晶体管PNP1；
双极型晶体管PNP1串联在所述电流源I1和地之间；温度检测单元1输出的检测电压为双极型晶体管PNP1的基极-发射极结电压VBE；
根据半导体特性，VBE即是指双极型晶体管处于导通状态时的发射结电压，主要决定于发射结的势垒高度，与半导体掺杂浓度和温度有关。当环境温度升高时，发射结势垒高度降低，则VBE减小，即发射结电压具有负温度系数。
本发明在图1中示出的是采用PNP管来实现温度检测单元1的具体电路，双极型晶体管PNP1的基极(B)和集电极(C)共地连接，发射极(E)与电流源I1的输出端相连接。
当然，也可以采用NPN管来实现温度检测单元1的具体电路，如图2所示，双极型晶体管为NPN管，发射极(E)接地，基极(B)和集电极(C)与电流源I1的输出端相连接。
参考生成单元(图中未示出)，用于产生第一带隙基准电压和第二带隙基准电压；其中；第二带隙基准电压高于第一带隙基准电压；
具体的，在图1所示的电路图中，第一带隙基准电压是指VRA1和VRA2，第二带隙基准电压是指VRB3和VRB4。在温度保护装置未对电路系统进行超过设定阈值次数的过温保护之前，温度保护装置实际接入的第一带隙基准电压为VRA1，第二带隙基准电压为VRB3；在过温保护达到设定阈值次数之后，温度保护装置实际接入的第一带隙基准电压为VRA2，第二带隙基准电压为VRB4；具体过程会在后面进行详述，此处不展开说明。
比较单元2用于，在电路系统处于工作状态时，对检测电压VBE和第一带隙基准电压进行比较，当检测电压VBE低于所述第一带隙基准电压时，输出使电路系统关断的状态信号，用以电路系统根据这个状态信号进行过温保护；
在电路系统处于过温保护状态时，对检测电压VBE和所述第二带隙基准电压进行比较，当检测电压VBE高于第二带隙基准电压时，输出使电路系统恢复工作的状态信号，用以电路系统根据所述状态信号解除过温保护，恢复工作状态。
具体的，比较单元2包括第一比较器COMP1、第一反相器INV1和基准电压输入控制子单元21；
其中，基准电压输入控制子单元21包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关SA和开关SB。开关S1用于接入VRA1、开关S2用于接入VRA2、开关S3用于接入VRB3、开关S4用于接入VRB4；开关SA设置在开关S1、开关S2与第一比较器COMP1的正向输入端之间，开关SB设置在开关S3、开关S4与第一比较器COMP1的正向输入端之间。
第一比较器COMP1的正相输入端连接基准电压输入控制子单元21的输出端，反相输入端连接电流源I1的输出端(该输出端的电位为VBE)，第一比较器COMP1的输出端与第一反相器INV1的输入端相连接，并与基准电压输入控制子单元21相连接，第一反相器INV1的输出端也与基准电压输入控制子单元21相连接；基准电压输入控制子单元21与参考生成单元(图中未示出)相连接，用于选择输出参考生成单元(图中未示出)提供的第一带隙基准电压或者第二带隙基准电压；
第一比较器COMP1对VBE和基准电压输入控制子单元21输出的第一带隙基准电压或者对VBE和第二带隙基准电压进行比较，输出第一状态信号OTP；第一反相器INV1对第一状态信号OPT进行反相后生成第二状态信号OTPB；基准电压输入控制子单元21根据第一状态信号OTP和第二状态信号OTPB，控制接通开关SA或者开关SB，从而选择向第一比较器COMP1的正相输入端输出第一带隙基准电压或第二带隙基准电压。
进一步的，基准电压输入控制子单元21还包括第二反相器INV2；第二反相器INV2的输入端与计数器3的输出端相连接。
计数器3，用于对比较单元2输出的使电路系统关断的状态信号和使电路系统恢复工作的状态信号之间的转换次数进行记录，当转换次数达到预设阈值时，生成控制信号CE；生成的控制信号CE通过第二反相器INV2生成反相控制信号CEB。控制信号CE用于控制参考生成单元(图中未示出)调整其所产生的第一带隙基准电压和第二带隙基准电压的电压值，即，向比较单元2输出调整后的第一带隙基准电压VRA2和调整后的第二带隙基准电压VRB4；同时，反相控制信号CEB用于关断参考生成单元(图中未示出)向比较单元2输出调整前的第一带隙基准电压VRA1和调整前的第二带隙基准电压VRB3。
具体的，调整后的第一带隙基准电压的电压值VRA2高于调整前的第一带隙基准电压的电压值VRA1；调整后的第二带隙基准电压VRB4的电压值高于调整前的第二带隙基准电压的电压值VRB3。
在一种具体的实现方式中，计数器3可以是由图3所示的由D触发器组成的异步加法计数器。包括5个D触发器ffdf1-ffdf5和复位信号生成单元51。
5个D触发器的复位信号均由复位信号生成单元51提供。
复位信号生成单元51包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三比较器COMP3、第四反相器INV4和第二或门OR2；
第一电阻R1和第二电阻R2对电源电压VDD进行分压，得到监测点电压V0＝VDD×R1/(R1+R2)；
第三比较器COMP3的正相输入端接入参考电压VRUV，反相输入端接入监测点电压V0，对监测点电压V0和参考电压VRUV进行比较，生成第一复位参考信号UV；
第四反相器INV4对外部输入的使能信号EN进行反相，生成第二复位参考信号ENB；其中，使能信号EN是外部输入的，为高电平有效。当使能信号EN有效时，表示允许电路系统正常工作，当使能信号EN为低电平无效时，表示关断电路系统。
第二或门OR2对第一复位参考信号UV和第二复位参考信号ENB进行或逻辑操作，生成复位信号RST；
其中，在图3所示的计数器的具体实现电路中，当复位信号RST为1时，对计数器3中全部的D触发器同时进行复位。
下面接合图3,对过温保护装置中计数器3的电路工作过程进行详细说明。
电源电压VDD经过电阻R1和R2分压后得到V0,与参考电压VRUV比较，如果V0低于VRUV，则表示系统电源电压VDD过低，无法支持系统正常工作，UV信号变为高电平。因此在系统电压过低时，第二或门OR2输出信号RST将为高电平，导致所有D触发器被复位，其中，q端都被复位为低电平，此时CE信号为低电平。
或者，当系统处于关闭状态时，EN信号为低电平，导致反相器INV4输出为高电平，第二或门OR2输出信号RST将为高电平，所有D触发器也被复位，此时CE信号为低电平。每一个D触发器的输出端q都为低电平，qb都为高电平，数据输入端d等待输入的信号都为高电平。
当系统初始上电时，VDD都会从0V上升至正常工作电压，此时会产生一段时间的UV为高电平脉冲，将CE信号复位为低电平。当系统被关闭(即EN信号为低电平时)，CE信号也会被复位为低电平。
在VDD上升至正常工作电压并且EN信号为有效的高电平时，D触发器ffdf1的时钟信号输入端接收比较单元2输出的状态信号，当状态信号第一次由使电路系统关断的高电平转换为使电路系统恢复工作的低电平时，ffdf1将数据输入端d的高电平送到q端输出，同时qb输出低电平，使得ffdf1数据输入端d等待输入的信号为低电平。当状态信号第二次由使电路系统关断的高电平转换为使电路系统恢复工作的低电平时，ffdf1将数据输入端d的低电平送到q端输出，同时qb输出高电平。
因为ffdf1的数据输出端q端与ffdf2的时钟信号输入端相连接，因此在状态信号OTP两次从使电路系统关断的高电平转换为使电路系统恢复工作的低电平时，ffdf2将数据输入端d的高电平送到q端输出，同时qb输出低电平。
如果计数器3仅包括两个级联的D触发器，则当计数到2的时候就生成生成高电平的控制信号CE，将基准电压输入控制子单元21接入的第一带隙基准电压和第二带隙基准电压进行调整了。
基于上述过程可知，根据图3所示的电路，ffdf3是在计数值为4的时候输出高电平的，ffdf4是在计数值为8的时候输出高电平的，而当OTP信号连续经过16个下降沿，也就是16次从使电路系统关断的高电平转换为使电路系统恢复工作的低电平后，ffdf5输出的控制信号CE变为高电平。
虽然在本例中，以计数值达到16为例说明是如何利用计数器实现降低过温保护的阈值的过程的，但是并不是限定本发明的D触发器只能是16的计数值。可以根据实际情况，通过增加或减少D触发器个数来设计为其他计数值。
以上对本发明实施例一所示的电路中，各个部分的功能进行了介绍，下面，对整个电路的工作过程进行详细说明。
首先，对电路中的各个带隙基准电压进行说明。
VRA1为第一过温保护阈值电压，对应的温度为第一阈值温度，例如可以是150℃。
VRB3为第一过温恢复阈值电压，对应的温度为第二阈值温度，例如可以是130℃。
VRA2为第二过温保护阈值电压，对应的温度为第三阈值温度，例如可以是90℃。
VRB4为第二过温恢复阈值电压，对应的温度为第四阈值温度，例如可以是70℃。
因此在本实施例中，VRA1<VRB3<VRA2<VRB2。
以上阈值温度仅为举例说明。在其他实施例中，第三阈值温度也可能高于第二阈值温度。
也就是说阈值电压之间的关系为：VRA1<VRA2VRB3<<VRB2。
电流源I1流经双极晶体管PNP1，产生VBE电压。比较器COMP1比较VBE电压与参考电压VR产生第一状态信号OTP，当VBE小于VR时，OTP为高电平，表示电路系统过温。PNP1的VBE为负温度系数电压值，假设PNP1的VBE在室温(25℃)下的电压值为750mV，随着温度升高，其电压值下降，下降斜率约为1.5mV/℃。比较器COMP1正相输入端输入的参考电压VR为基于参考生成单元(具体可以是带隙基准电压产生电路)产生的零温度系数的电压值。例如VR＝600mV时，对应的温度保护阈值为125℃；VR＝570mV时，对应的温度保护阈值为145℃。所以通过设置不同的VR电压值，可以得到不同的温度保护阈值。
在温度保护装置开始工作时，计数器3输出的控制信号CE为数字低电平，因此CEB为数字高电平，此时开关S1和S3闭合，开关S2和S4断开。初始态下，系统处于未发生过温保护状态，比较器COMP1输出的OPT为数字低电平，因此OTPB为数字高电平，开关SB断开，开关SA导通，因此初始状态下VR＝VRA1。
如果电路系统没有过温，VBE>VRA1，OTP继续维持低电平，VR＝VRA1。比较器COMP1的正输入端VR被连接至VRA1。当电路系统发生过温，如超过VRA1对应的温度150℃时，相应的VBE降低至小于VRA1，比较器COMP1输出OTP高电平,开关SA断开，SB导通，此时，计数器3输出控制信号CE仍为低电平，开关S1、S3闭合，开关S2、S4断开，比较器COMP1正相输入端VR＝VRB3。只有当电路系统的温度降低，导致VBE>VRB3时，比较器COMP1输出的OTP才由高电平变为低电平，表示过温保护解除。此时，计数器3输出控制信号CE仍为低电平，CEB为数字高电平，此时开关S1和S3闭合，开关S2和S4断开，开关SB断开，开关SA导通。比较器COMP1正相输入端重新接到VRA1。当电路系统再次发生过温，VBE<VRA1，OTP为高电平,开关SA断开，SB导通，此时，计数器3输出控制信号CE仍为低电平，开关S1、S3闭合，开关S2、S4断开，比较器COMP1正相输入端VR＝VRB3。只有当电路系统的温度再次降低，导致VBE>VRB3时，比较器COMP1输出的OTP才由高电平变为低电平，表示过温保护再次解除。
以上OTP信号由高电平变为低电平的时候，计数器3的CK端就计入一个下降沿的输入信号，当以上过程重复发生n次之后(n为计数器中预先设定的计数阈值)，计数器3输出的CE变为高电平。
当CE变为高电平之后，除非系统关闭或者人为输入复位信号，才能将CE信号重新复位为低电平。
CE变为高电平后，开关S2和S4始终闭合，开关S1和S3始终断开。此时比较器COMP1正相输入端VR被连接至VRA2，当系统温度超过VRA2对应的温度，如90度，比较器COMP1输出OTP为高电平，开关SA断开，SB导通，于是比较器COMP1的正向输入端VR被连接至VRB4。只有当温度降低导致VBE电压高于VRB4时(如温度降低到70℃以下时)，比较器COMP1输出的OTP信号才由高电平变为低电平，表示过温保护解除。之后继续以VRA2和VRB4作为进入过温保护的阈值电压和解除过温保护的阈值电压进行电路系统的过温保护。
优选的，还可以在上述电路基础上增加通知机制，例如当CE由低电平变为高电平时，触发指示灯或声音提示，用以提示工程师电路系统出现了反复过温保护的问题，应当对电路系统进行检查。
虽然在本实施例中是对保护的电路系统从过温保护状态中恢复正常状态的次数进行统计来调整过温保护阈值电压，本领域技术人员在本发明实施例的基础上容易想到，还可以为对被保护的电路系统进入过温保护的次数统计作为降低过温保护阈值的依据。
本发明实施例提供的电路系统的温度保护装置，采用计数器对被保护的电路系统进入过温保护的次数或者从过温保护状态中恢复正常状态的次数进行统计，当达到一定次数时，降低过温保护的阈值，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
图4为本发明实施例二提供的另一种温度保护装置的电路图。如图4所示，温度保护装置包括：温度检测单元10、参考生成单元(图中未示出)、比较单元20和计数器30。
其中，温度检测单元10和计数器30分别与上述实施例1中的温度检测单元1和计数器3相同，此处不再赘述。
参考生成单元(图中未示出)，用于产生第一带隙基准电压VRA1和第二带隙基准电压VRB3；其中；第二带隙基准电压VRB3高于第一带隙基准电压VRA1；
比较单元20包括第二比较器COMP2、第三反相器INV3和基准电压输入控制子单元201；其中，基准电压输入控制子单元201包括开关SA和开关SB；开关SA用于接入VRA1，开关SB用于接入VRB3。
第二比较器COMP2的正相输入端连接基准电压输入控制子单元201的输出端，反相输入端连接电流源I1的输出端(该输出端的电位为VBE)；第二比较器COMP2的输出端与第三反相器INV3的输入端相连接，并与基准电压输入控制子单元201相连接，控制开关SB的导通或断开；第三反相器INV3的输出端与基准电压输入控制子单元201相连接,控制开关SA的导通或断开；所述基准电压输入控制子单元201与参考生成单元相连接，用于选择输出第一带隙基准电压VRA1或者第二带隙基准电压VRB3。
基准电压输入控制子单元201根据第二比较器COMP2和第三反相器INV3的输出控制开关SA和开关SB的导通和断开从而控制接入第一带隙基准电压VRA1或者第二带隙基准电压VRB3的过程与上述实施例所述类似，此处不再重复说明。
虽然本实施例中计数器30与前述实施例中的计数器3相同，但它们在各自电路中的连接关系是不同的。在本实施例中，计数器30的输入端与第二比较器COMP2的输出端相连接，当计数器30计数达到阈值时，其输出端输出的CE信号能够锁定电路系统维持在关闭状态。具体可以通过本实施例的温度保护装置中还包括的第一或门OR1来实现。
第一或门OR1的第一输入端与第二比较器COMP2的输出端相连接，第二输入端与计数器30的输出端相连接；
当电路系统过温时，VBE<VRA1，第二比较器COMP2输出使电路系统关断的状态信号CO1为高电平，第一或门OR1的输出信号OTP为高电平，控制电路系统进入过温保护状态；
当计数器30记录的过温保护次数超过设定的阈值时，计数器30输出控制信号CE为高电平，第一或门OR1的输出信号OTP为高电平，控制电路系统进入过温保护状态。
需要说明的是，通过CE高电平使电路系统进入过温保护状态后，无论比较器COMP2输出的CO1信号为何状态，OTP信号都将继续维持高电平，使得被保护的电路系统一直处于过温保护状态，只有电路系统被重新使能(即经过控制其关闭，再重新使其工作)或重新上电，才会使计数器30输出的信号CE被复位为低电平，从而解除过温保护。
本发明实施例提供的电路系统的温度保护装置，采用计数器对被保护的电路系统进入过温保护的次数或者从过温保护状态中恢复正常状态的次数进行统计，当达到一定次数时，锁定电路系统维持在关闭状态，从而有效减小高温对电路或者系统的冲击，减小电路或系统因为反复过温而造成损坏的概率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电路系统的温度保护装置，其特征在于，所述温度保护装置包括：
温度检测单元，用于根据电路系统的环境温度输出检测电压；所述检测电压与所述电路系统的环境温度具有函数关系；
比较单元用于，在所述电路系统处于工作状态时，对所述检测电压和第一带隙基准电压进行比较，当所述检测电压低于所述第一带隙基准电压时，输出使所述电路系统关断的状态信号，用以所述电路系统根据所述使所述电路系统关断的状态信号进行过温保护；
所述比较单元还用于，在所述电路系统处于过温保护状态时，对所述检测电压和第二带隙基准电压进行比较，当所述检测电压高于所述第二带隙基准电压时，输出使所述电路系统恢复工作的状态信号，用以所述电路系统根据所述使所述电路系统恢复工作的状态信号解除过温保护，恢复工作状态；其中，所述第二带隙基准电压高于所述第一带隙基准电压；
计数器，用于对所述比较单元输出的使所述电路系统关断的状态信号和使所述电路系统恢复工作的状态信号之间的转换次数进行记录，当所述转换次数达到预设阈值时，生成控制信号；所述控制信号用于控制所述电路系统持续保持在过温保护的状态，或者用于将所述第一带隙基准电压调整为第三带隙基准电压，并且将所述第二带隙基准电压调整为第四带隙基准电压，并继续进行过温保护；其中，所述第三带隙基准电压的电压值高于所述第一带隙基准电压的电压值；所述第四带隙基准电压的电压值高于所述第二带隙基准电压的电压值。
2.根据权利要求1所述的温度保护装置，其特征在于，所述温度检测单元包括电流源和双极型晶体管；
所述双极型晶体管串联在所述电流源和地之间；所述检测电压为所述双极型晶体管的基极-发射极结电压VBE；
其中，所述VBE具有负温度系数。
3.根据权利要求2所述的温度保护装置，其特征在于，所述双极型晶体管为PNP管，基极(B)和集电极(C)共地连接，发射极(E)与电流源的输出端相连接。
4.根据权利要求2所述的温度保护装置，其特征在于，所述双极型晶体管为NPN管，发射极(E)接地，基极(B)和集电极(C)与电流源的输出端相连接。
5.根据权利要求2所述的温度保护装置，其特征在于，当所述控制信号用于将所述第一带隙基准电压调整为第三带隙基准电压，并且将所述第二带隙基准电压调整为第四带隙基准电压时，所述比较单元包括第一比较器和基准电压输入控制子单元；
所述基准电压输入控制子单元包括第一开关(SA)、第二开关(SB)、第三开关(S1)、第四开关(S2)、第五开关(S3)和第六开关(S4)；其中，第三开关(S1)用于接入所述第一带隙基准电压，第四开关(S2)用于接入所述第三带隙基准电压，第五开关(S3)用于接入所述第二带隙基准电压，第六开关(S4)用于接入所述第四带隙基准电压；第一开关(SA)与所述第三开关(S1)、第四开关(S2)相连接，第二开关(SB)与所述第五开关(S3)、第六开关(S4)相连接；
所述第一比较器的正相输入端与所述第一开关(SA)、第二开关(SB)连接，反相输入端连接所述电流源的输出端，所述第一比较器的输出端输出所述状态信号，用于控制第二开关(SB)断开或闭合，以及控制第一开关(SA)闭合或断开；
初始时，所述计数器输出的控制信号无效，控制第三开关(S1)、第五开关(S3)闭合，第四开关(S2)、第六开关(S4)断开，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第一带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第一比较器的正相输入端接入第二带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行第一过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第二带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除第一过温保护；
当所述解除过温保护的次数达到预设阈值时，所述控制信号变为有效，第三开关(S1)、第五开关(S3)断开，第四开关(S2)、第六开关(S4)闭合，此时所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第三带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第三带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第一比较器的正相输入端接入第四带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行第二过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第四带隙基准电压时，所述第一比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第一比较器的正相输入端接入第三带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除第二过温保护。
6.根据权利要求2所述的温度保护装置，其特征在于，当所述控制信号用于控制所述电路系统持续保持在过温保护的状态时，所述比较单元包括第二比较器和基准电压输入控制子单元；
所述基准电压输入控制子单元包括第一开关(SA)和第二开关(SB)；其中，第一开关(SA)用于接入第一带隙基准电压，第二开关(SB)用于接入所述第二带隙基准电压；
所述第二比较器的正相输入端与所述第一开关(SA)、第二开关(SB)连接，反相输入端连接所述电流源的输出端，所述第二比较器的输出端输出所述状态信号，用于控制第二开关(SB)断开或闭合，以及控制第一开关(SA)闭合或断开；
初始时，所述第二比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第二比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；
当所述环境温度升高使得VBE低于第一带隙基准电压时，所述第二比较器输出的状态信号有效，控制第一开关(SA)断开、第二开关(SB)闭合，第二比较器的正相输入端接入第二带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述有效的状态信号进行过温保护；
当所述环境温度降低使得VBE高于第二带隙基准电压时，所述第二比较器输出的状态信号无效，控制第一开关(SA)闭合、第二开关(SB)断开，第二比较器的正相输入端接入第一带隙基准电压；此时所述电路系统根据所述无效的状态信号解除过温保护。
7.根据权利要求6所述的温度保护装置，其特征在于，所述温度保护装置还包括第一或门；
所述第一或门的第一输入端与所述第二比较器的输出端相连接，第二输入端与所述计数器的输出端相连接；
当所述第二比较器输出所述使所述电路系统关断的有效的状态信号时，所述第一或门的输出信号控制所述电路系统进入过温保护状态；或者
当所述计数器输出所述有效的控制信号时，所述第一或门的输出信号控制所述电路系统进入过温保护状态。
8.根据权利要求1所述的温度保护装置，其特征在于，所述计数器的时钟信号输入端与所述比较单元的输出端相连接；
所述计数器具体用于，对所述比较单元的输出端输出的使所述电路系统关断的状态信号到使所述电路系统恢复工作的状态信号的转换的次数进行计数，当计数达到预设阈值时，生成有效的控制信号。
9.根据权利要求8所述的温度保护装置，其特征在于，所述计数器具体为：由D触发器组成的n位异步加法计数器；其中n为自然数。
10.根据权利要求8或9所述的温度保护装置，其特征在于，所述计数器还包括复位信号生成单元，用于产生所述D触发器的复位信号；所述复位信号生成单元包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三比较器、第四反相器和第二或门；
所述第一电阻R1和第二电阻R2对电源电压进行分压，得到监测点电压；
所述第三比较器的正相输入端接入参考电压，反相输入端接入所述监测点电压，对所述监测点电压和参考电压进行比较，生成第一复位参考信号；
所述第四反相器对外部输入的使能信号进行反相，生成第二复位参考信号；
所述第二或门对所述第一复位参考信号和第二复位参考信号进行或逻辑操作，生成所述复位信号；
其中，当所述复位信号为1时，对组成所述n位异步加法计数器的全部D触发器进行复位。
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