CN105322505A - 一种开关电源外部过温保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源外部过温保护电路，包括设置于开关电源控制器芯片内部的电压采样电路、基准电压电路和电压比较器以及设置于开关电源控制器芯片外部的外部温度采样电路。将本发明所述开关电源外部过温保护电路应用于开关电源中，可以通过设置于开关电源控制器芯片外部的电路检测与开关电源温度有关的电压数值，与基准电压数值相比较输出过温度保护信号，从而能有效控制整个开关电源系统温度，避免异常情况下开关电源系统温度急剧上升，设置于电源控制器芯片内的过温保护电路尚未动作就已经损坏，而不能发挥其自身的保护作用的情况，减少开关电源失效甚至爆炸现象的发生，提高开关电源产品的可靠性。

Description

一种开关电源外部过温保护电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种开关电源外部过温保护电路。

背景技术

开关电源中大多集成了高压、高功率输出电路，耗散功率往往较大，随着功率的增加，整个开关电源系统温度快速上升。过高的温度会导致开关电源系统中的半导体器件（MOS管、三极管）、电容等元器件失效。当温度超过一定值后，会使整个开关电路系统快速老化甚至永久性失效。为了防止上述情况的发生，需要在开关电源系统中引入过温保护电路，使开关电源系统的温度在允许范围之内，以保证整个系统的可靠性和稳定性。

在中低功率开关电源控制器芯片内，一般会集成内部过温保护电路，当芯片的温度过高时使芯片停止工作，以保护芯片不被损坏。但对于较大功率开关电源，由于系统相对封闭，散热性能不好，开关电源系统的整体温度较高，当有异常情况发生时，整个系统的温度会急剧上升，设置于电源控制器芯片内的过温保护电路尚未动作就已经损坏，而不能发挥其自身的作用。此时若没有外部过温保护，等到其他保护机制触发时，整个系统可能已经损坏甚至发生爆炸。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开关电源外部过温保护电路，将该电路应用于开关电源中，可以通过设置于开关电源控制器芯片外部的电路检测与开关电源温度有关的电压数值，与基准电压相比较输出过温度保护信号，当过温度保护信号异常时，整个开关电源系统停止工作，从而保护整个开关电源系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种开关电源外部过温保护电路，包括：设置于开关电源控制器芯片内部的电压采样电路、基准电压电路和电压比较器,以及设置于开关电源控制器芯片外部的外部温度采样电路；

所述外部温度采样电路与电压采样电路连接，用于获得与开关电源温度有关的电压；

所述电压采样电路与电压比较器正输入端连接，用于对外部温度采样电路获得的与开关电源温度有关的电压进行采样，获得采样电压；

所述基准电压电路与电压比较器负输入端连接，用于设置与开关电源最高温度阈值有关的最高电压阈值作为基准电压；

所述电压比较器的输出端作为整个开关电源外部过温保护电路的输出，用于将采样电压数值与基准电压进行比较，并输出相应的过温度保护信号。

特别地，所述外部温度采样电路包括二极管、负温度系数电阻、调节电阻、第一电阻、第二电阻和电容，所述二极管的正端连接开关电源变压器辅助绕组正端，负端依次经负温度系数电阻、调节电阻和电容接地，所述调节电阻和电容的公共端经第一电阻和第二电阻接地，所述调节电阻和电容的公共端同时连接电压采样电路，所述第一电阻与第二电阻公共端连接开关电源的功率MOS管的源极。

特别地，所述电压采样电路包括MOS晶体管。

特别地，所述基准电压的数值由开关电源控制器芯片内部设置。

本发明提出的开关电源外部过温保护电路应用于开关电源中，可以通过设置于开关电源控制器芯片外部的电路检测与开关电源温度有关的电压数值，与基准电压数值相比较输出过温度保护信号，当过温度保护信号异常时，整个开关电源系统停止工作。从而能有效控制开关电源系统温度，保护开关电源系统，减少开关电源失效甚至爆炸现象的发生，提高开关电源产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路结构框图。

图2是本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路应用于开关电源的电路结构示意图。

图3是本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路的时序信号关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参照图1、2所示，图1本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路结构框图。图2为本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路应用于开关电源的电路结构示意图。

本实施例中，开关电源外部过温保护电路包括设置于开关电源控制器芯片内部的电压采样电路102、基准电压电路103和电压比较器104，以及设置于开关电源控制器芯片外部的外部温度采样电路101。

所述外部温度采样电路101设置于开关电源控制器芯片外部，具体包括二极管D1、负温度系数电阻RNTC、调节电阻RSET、第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1，所述二极管D1的正端连接开关电源变压器辅助绕组正端，负端依次经负温度系数电阻RNTC、调节电阻RSET和电容C1接地，所述调节电阻RSET和电容C1的公共端经第一电阻R1和第二电阻R2接地，同时所述调节电阻RSET和电容C1的公共端连接开关电源控制器芯片的CS管脚，并通过CS管脚连接电压采样电路，所述第一电阻R1与第二电阻R2公共端连接开关电源的功率MOS管M1的源极。所述电压采样电路102输入端连接开关电源控制器芯片的CS管脚，输出端连接电压比较器104的正端，具体包括MOS晶体管。所述基准电压电路103输入端连接开关电源控制器芯片内部，输出端连接电压比较器104的负端，由开关电源控制器芯片内部设置与开关电源最高温度阈值有关的最高电压阈值作为基准电压数值。所述电压比较器104正输入端连接电压采样电路102，负输入端连接基准电压电路103，输出端作为整个开关电源外部过温保护电路的输出，输出过温度保护信号。

请参照图2所示，图2为本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路应用于开关电源的电路结构示意图。

图中，A21为开关电源控制器芯片，所述电压采样电路102、基准电压电路103和电压比较器104设置于电源控制器芯片内部电路中，电压采样电路102连接开关电源控制器芯片的CS管脚，电压比较器104输出端作为整个开关电源外部过温保护电路的输出，输出过温度保护信号。所述外部温度采样电路101设置于电源控制器芯片外围电路，外部温度采样电路101中二极管D1的正极连接开关电源变压器辅助绕组NA的正端，调节电阻RSET、电容C1以及第一电阻R1的公共端连接开关电源控制器芯片的CS管脚，并通过CS管脚连接电压采样电路102，第一电阻R1与第二电阻R2公共端连接开关电源的功率MOS管的源极。

请参照图3所示，图3为本发明实施例提供的开关电源外部过温保护电路的时序信号关系图。

第一个波形为开关电源控制器芯片GATE管脚输出信号的波形，GATE管脚输出高电平时功率MOS管M1导通，GATE管脚输出低电平时功率MOS管M1关断。第二个波形为二极管D1负端A点的电压波形，开关电源控制器芯片GATE管脚输出低电平时，A点电压为变压器辅助绕组NA的电压经二极管D1分压后的电压。第三个波形为开关电源控制器芯片CS管脚电压波形，开关电源控制器芯片的GATE管脚输出高电平时，功率MOS管M1导通，开关电源控制器芯片的CS管脚电压为变压器NP绕组电感电流流经第二电阻R2产生的电压；开关电源控制器芯片的GATE管脚输出低电平时，功率MOS管M1关断，辅助绕组NA的正端为一定电压值，通过二极管D1、负温度系数电阻RNTC、调节电阻RSET、第一电阻R1及第二电阻R2进行分压，获得的电压值为开关电源控制器芯片的CS管脚电压。第四个波形为电压采样电路102中电压采样控制信号SAMPLE的波形，当GATE管脚输出低电平，延时一段时间，SAMPLE产生一个脉冲，电压采样电路102对开关电源控制器芯片的CS管脚电压进行一次采样，SAMPLE为高电平时，电压采样电路102的输出电压等于CS管脚电压，SAMPLE为低电平时，电压采样电路102的输出电压保持不变。上述开关电源控制器芯片的GATE管脚变成低电平到电压采样控制信号SAMPLE变成高电平之间有一段屏蔽时间，避免由于功率MOS管M1关断时CS管脚上产生的尖峰毛刺，使得电压比较器104误翻转。

在开关电源控制芯片的GATE管脚输出低电平时，开关电源功率MOS管M1关闭，辅助绕组NA的正端电压通过D1、RNTC、RSET、R1和R2进行分压后，输出到开关电源控制器芯片的CS管脚，从而输出到开关电源控制器芯片内部连接CS管脚的电压采样电路102。当GATE管脚输出低电平后延时一段时间，电压采样控制信号SAMPLE导通，电压采样电路102对CS管脚电压进行采样，生成采样电压。电压比较器104将采样电压与基准电压电路设置的基准电压进行比较，当采样电压大于基准电压时，电压比较器104输出的过温保护信号OTP为高电平，通过开关电源控制芯片逻辑控制GATE管脚输出低电平，从而使整个开关电源系统停止工作，以达到保护整个开关电源系统的目的。

所述基准电压的数值由开关电源控制器芯片内部设置，基准电压值的具体计算方法如下：

系统的输出电压标记为VOUT，系统输出整流二级管D0的正向压降记为VF0，系统变压器副边绕组记为NS，辅助绕组记为NA，外部温度检测电路101中的二极管D1的正向压降记为VF1，VREF_OTP为内部设定的基准电压值：

RNTC_OTP为达到过温保护点时RNTC电阻的阻值。当采样电压大于上式设定的基准电压时，电压比较器输出的过温保护信号OTP变高。通过调节RSET的电阻值，可以单独对过温保护点进行调整。当R2和R1的电阻值由于系统输出原因有所调整时，也可以通过调整RSET的电阻值，使过温保护点保持不变。

本发明的技术方案通过设置于开关电源控制器芯片外部的电路检测与开关电源温度有关的电压数值，与基准电压数值相比较输出过温度保护信号，当过温度保护信号异常时，整个开关电源系统停止工作。从而能有效控制开关电源系统温度，保护开关电源系统，避免异常情况下开关电源系统温度急剧上升时，设置于电源控制器芯片内的过温保护电路尚未动作就已经损坏，而不能发挥其自身的保护作用的情况，减少开关电源失效甚至爆炸现象的发生，提高开关电源产品的可靠性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种开关电源外部过温保护电路，其特征在于，包括：设置于开关电源控制器芯片内部的电压采样电路、基准电压电路和电压比较器,以及设置于开关电源控制器芯片外部的外部温度采样电路；

所述外部温度采样电路与电压采样电路连接，用于获得与开关电源温度有关的电压；

所述电压采样电路与电压比较器正输入端连接，用于对外部温度采样电路获得的与开关电源温度有关的电压进行采样，获得采样电压；

所述基准电压电路与电压比较器负输入端连接，用于设置与开关电源最高温度阈值有关的最高电压阈值作为基准电压；

所述电压比较器的输出端作为整个开关电源外部过温保护电路的输出，用于将采样电压数值与基准电压进行比较，并输出相应的过温度保护信号。

2.根据权利要求1所述的开关电源外部过温保护电路，其特征在于，所述外部温度采样电路包括二极管、负温度系数电阻、调节电阻、第一电阻、第二电阻和电容，所述二极管的正端连接开关电源变压器辅助绕组正端，负端依次经负温度系数电阻、调节电阻和电容接地，所述调节电阻和电容的公共端经第一电阻和第二电阻接地，所述调节电阻和电容的公共端同时连接电压采样电路，所述第一电阻与第二电阻公共端连接开关电源的功率MOS管的源极。

3.根据权利要求1所述的开关电源外部过温保护电路，其特征在于，所述电压采样电路包括MOS晶体管。

4.根据权利要求1所述的开关电源外部过温保护电路，其特征在于，所述基准电压的数值由开关电源控制器芯片内部设置。