CN108512194B - 一种过温保护控制电路及具备其的开关电源 - Google Patents

Abstract

一种过温保护控制电路(100)及具备其的开关电源。所述过温保护控制电路(100)包括过温保护模块(102)及过温保护介入控制模块(101)；所述过温保护模块(102)用于对开关电源所处工作状态进行实时检测，及检测到开关电源进入启动状态时，禁止自身的过温保护功能，或检测到开关电源进入工作状态时，激活自身的过温保护功能；所述过温保护介入控制模块(101)用于判断开关电源进入启动状态时，使过温保护模块(102)免于介入开关电源的过温保护，以及判断开关电源进入工作状态时，与过温保护模块(102)协同工作以为开关电源提供过温保护。本发明既能对运行中的开关电源进行行之有效的过温保护，还能消除开关电源稳定工作后重启即关机的技术缺陷。

Description

一种过温保护控制电路及具备其的开关电源

技术领域

本发明涉及过温保护技术领域，更具体地说，涉及一种过温保护控制电路及具备其的开关电源。

背景技术

热敏电阻具有阻值随温度升高而逐渐降低的元件特性，因而被广泛地应用于现有开关电源的过温保护设计之中。图1示出了现有的开关电源的电路图，请参见图1，假设开关电源在某一额定环境温度(比如50℃)下工作，由于开关电源正常运行时不断地产生热能，其内部的构成过温保护电路的热敏电阻的阻值随温度升高而逐渐降低，使得开关电源内置过温保护控制芯片的OTP(Over Temperature Protection)引脚电压亦逐渐降低。当开关电源稳定工作一段时间后被重启时，过温保护控制芯片检测到的OTP引脚电压不能达到该过温保护控制芯片的启动电压阈值，而无法被正常启动。因此，现有开关电源存在稳定工作后重启便触发关机的技术弊端。

上述情况持续直至热敏电阻温度逐渐恢复到较低值，过温保护控制芯片OTP引脚电压重新达到该过温保护控制芯片的启动电压阈值时，开关电源方能被正常开机启动。

如设计人员尝试对开关电源性能参数进行改进，使开关电源稳定工作时过温保护控制芯片的OTP引脚电压仍大于过温保护控制芯片的启动电压阈值，则会由于过温保护温度值与设定的开关电源高温预警温度值之间的温差过大，致使过温保护温度值过高，而不能达到对开关电源行之有效的过温保护的目的。

因此，如何设计一款既能对运行中的开关电源进行有效的过温保护，又能消除开关电源稳定工作一段时间后一经重启则自动关机的技术缺陷的过温保护控制电路，已成为业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种既能对运行中的开关电源进行有效的过温保护，又能避免开关电源稳定工作一段时间后，一经重启及自动关机的尴尬局面的过温保护控制电路及具备其的开关电源。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种应用于开关电源的过温保护控制电路，包括过温保护模块及过温保护介入控制模块；

其中，所述过温保护模块用于对开关电源所处工作状态进行实时检测，及检测到开关电源进入启动状态时，禁止自身的过温保护功能，或检测到开关电源进入工作状态时，激活自身的过温保护功能；

所述过温保护介入控制模块用于判断开关电源进入启动状态时，使已被禁止过温保护功能的过温保护模块停止介入开关电源的过温保护之中，以及判断开关电源进入工作状态时，与已被激活过温保护功能的过温保护模块协同工作以对开关电源提供过温保护。

在本发明上述过温保护控制电路中，所述过温保护介入控制模块提供有OTP引脚，并具体用于在所述过温保护模块介入开关电源的过温保护过程中，对其OTP引脚电压进行实时检测，及判断所检测到的OTP引脚电压达到或低于预设的与过温保护温度阈值对应的过温保护电压阈值时，使DC-DC转换电路(300)停止工作。

在本发明上述过温保护控制电路中，所述过温保护介入控制模块还用于对其OTP引脚电压进行检测，判断所检测到的OTP引脚电压是否达到自身的启动电压阈值，如是，则启动工作，并产生用以驱动所述过温保护模块的供电电压。

在本发明上述过温保护控制电路中，所述过温保护模块包括开关电源状态检测子电路、过温保护功能开关子电路、以及过温保护功能执行子电路；其中：

所述开关电源状态检测子电路用于判断所述用以驱动所述过温保护模块的供电电压是否达到所述过温保护功能开关子电路的启动电压阈值，如是，则判断开关电源进入工作状态，如否，则判断开关电源处于断电或启动状态；

所述过温保护功能开关子电路用于当所述供电电压达到所述启动电压阈值时被导通以激活所述过温保护功能执行子电路的过温保护功能，以及当所述供电电压未达到所述启动电压阈值时被截止以禁止所述过温保护功能执行子电路的过温保护功能。

在本发明上述过温保护控制电路中，所述过温保护模块还包括时序分离电路，所述时序分离电路用于将由开关电源供电端提供于所述过温保护介入控制模块的供电电压及所述过温保护介入控制模块稳定工作之后所产生的用于驱动所述过温保护模块的供电电压进行时序分离。

在本发明上述过温保护控制电路中，所述时序分离电路为第一二极管，第一二极管负极连接所述过温保护介入控制模块的供电端，第一二极管正极连接开关电源状态检测子电路。

在本发明上述过温保护控制电路中，开关电源状态检测子电路包括第一电阻，第二电阻、与第二电阻并联连接的第一电容、以及第二电容；所述过温保护功能开关子电路为第一三极管；所述过温保护功能执行子电路包括第三电阻以及热敏电阻；

其中，第一电阻一端连接第一二极管的正极，第一电阻另一端连接第二电阻的一端，第二电阻一端连接第一三极管的发射极，第一三极管的发射极接地，第一三极管的基极连接在第一电阻及第二电阻之间，第一三极管的集电极连接热敏电阻的一端，热敏电阻的另一端连接第三电阻一端，第三电阻另一端连接所述OTP引脚；

第二电容一端同时连接第三电阻另一端及所述OTP引脚，第二电容另一端接地，并同时连接第一三极管的发射极、第一电容一端以及第二电阻的一端。

本发明还提供一种开关电源，所述开关电源包括整流滤波电路、输出滤波电路、输入端连接整流滤波电路，输出端连接输出滤波电路的DC-DC转换电路、以及如上所述的过温保护控制电路。

实施本发明的有益效果是：本发明引入了开关电源过温保护介入控制机制，采用了对开关电源工作状态进行实时检测，在开关电源的启动过程中，适时地禁止过温保护模块具有的过温保护功能，以免过温保护模块在开关电源的重启过程中介入到开关电源的过温保护的过温保护介入控制方案，实施本发明过温保护介入控制方案，既能消除现有技术中存在的开关电源在稳定工作一段时间后，一旦被重启则自动关机的技术缺陷，还能在开关电源由启动状态进入工作状态时，适时地激活过温保护模块的过温保护功能，为开关电源提供行之有效地过温保护，避免开关电源长期工作产生及累积的内部高温对其内部元器件造成损坏，保证开关电源能够持久安全稳定地运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明过温保护控制电路及具备其的开关电源进行说明，其中：

图1为现有的开关电源的电路图；

图2为本发明一个较佳实施例提供的过温保护控制电路的结构框图；

图3为图2所示的过温保护控制电路中的过温保护模块的结构框图；

图4为本发明另一较佳实施例提供的包括图2所示的过温保护控制电路的开关电源的结构框图；

图5为图4所示的开关电源的具体电路图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了解决现有技术中存在的开关电源于稳定工作之后的重启过程中，由于电源工作本身产生温升造成过温保护电阻中热敏电阻的阻值下降，使得电源内部控制芯片的OTP引脚的检测电压低于该控制芯片的启动电压阈值，控制芯片被禁止启动，使得电源无法正常工作，需经过长时间的等待直至过温保护电路中热敏电阻的温度恢复到较低值，电源才能重新正常工作的技术缺陷，本发明的创新点在于：

一、基于热敏电阻阻值随环境温度升高而降低的元件特性，对现有开关电源中的过温保护电路部分作了适当改进，在传统的由热敏电阻等电路元件构成的过温保护电路中增加了电源状态检测电路及过温保护功能开关子电路1023，在开关电源的重启过程中，禁止过温保护电路的过温保护功能，防止过温保护电路在开关电源启动过程中不合时宜地介入到开关电源的过温保护，从而避免开关电源一旦重启则自动关机的尴尬局面；

二、在过温保护控制电路100中增加供电电压时序分离电路1021，使经由稳定工作的过温保护介入控制模块101提供于过温保护控制模块的供电电压稍滞后于经由开关电源供电端提供于过温保护介入控制模块101的供电电压，因而提高了开关电源工作的稳定性。

由于本发明采用了在过温保护控制电路100中增加开关电源状态检测子电路1022及过温保护功能开关子电路1023的设计，因而解决了现有技术中开关电源稳定工作一段时间后，一经重启便自动关机的技术缺陷，确保了开关电源能够被顺利启动，还实现了在开关电源进入工作状态时，使过温保护控制电路100能够及时有效地介入到开关电源的过温保护，避免开关电源长期工作所产生及积累的内部高温对其内部元器件造成的损坏，确保开关电源能够持久稳定地运行的技术效果。

下面将结合附图及具体实施例对本发明作出详细说明：

如图2所示，本发明经改进的应用于开关电源的过温保护控制电路100包括：过温保护模块102及过温保护介入控制模块101；其中：

该过温保护模块102用于对开关电源所处工作状态进行实时检测，并在检测到开关电源进入启动状态时，禁止自身的过温保护功能，或在检测到开关电源进入工作状态时，激活自身的过温保护功能；

该过温保护介入控制模块101用于当开关电源进入启动状态时，使已被禁止过温保护功能的过温保护模块102停止介入开关电源的过温保护，以及当开关电源进入工作状态时，与已被激活过温保护功能的过温保护模块102协同工作以为开关电源提供过温保护。

本发明相比现有技术的改进点在于：提供开关电源过温保护介入控制机制，即采用了对开关电源工作状态进行实时检测，在开关电源的启动过程中，适时地禁止过温保护模块102的过温保护功能，以免过温保护模块102在重启过程中被不合时宜地介入到开关电源的过温保护的过温保护介入控制方案。实施本发明上述过温保护介入控制方案，既能有效避免现有技术中存在的开关电源在稳定工作一段时间后，一旦被重启则自动关机的技术缺陷，还能在开关电源由启动状态进入工作状态时，适时地激活过温保护模块102的过温保护功能，为开关电源提供过温保护，避免开关电源长期工作产生及累积的内部高温对其内部元器件造成的损坏，确保开关电源能够持久地安全稳定运行。

优选地，在本发明中，该过温保护介入控制模块101采用英飞凌芯片，其芯片型号为ICL5102，该芯片提供有OTP引脚，并由开关电源供电端Vbus供电，该芯片还对其OTP引脚电压进行检测，判断OTP引脚电压是否达到该芯片的启动电压阈值Vs，如是，则启动工作，并产生用以驱动该过温保护模块102的供电电压Vcc1。

进一步地，如图3所示，该过温保护模块102包括开关电源状态检测子电路1022、过温保护功能开关子电路1023、以及过温保护功能执行子电路1024；其中：

该开关电源状态检测子电路1022用于判断该过温保护模块102的供电电压VCC1是否达到预设的用以判断是否激活该过温保护模块102的过温保护功能的过温保护功能开关子电路1023的启动电压阈值Va，如是，则判断开关电源进入工作状态，如否，则判断开关电源处于断电或启动状态；

该过温保护功能开关子电路1023用于在开关电源进入工作状态时被导通以激活该过温保护功能执行子电路1024具有的过温保护功能，或者在开关电源处于启动状态时被截止以关闭该过温保护功能执行子电路1024具有的过温保护功能。

该过温保护介入控制模块101具体用于当开关电源进入启动状态时，使该过温保护模块102免于介入开关电源的过温保护，或当开关电源进入工作状态时，使该过温保护模块102介入开关电源的过温保护，以及在该过温保护模块102介入到开关电源的过温保护过程中，对OTP引脚电压Votp进行实时检测，且判断所检测到的OTP引脚电压Votp低于预设的对应于过温保护温度阈值的过温保护电压阈值Vb时，使DC-DC转换电路(300)停止工作，执行断电保护。

在本发明过温保护控制电路100中，该过温保护介入控制模块101的启动电压阈值Vs优选为0.938V，该过温保护电压阈值Vb优选为0.625V。如过温保护介入控制模块101判断开关电源已进入到稳定的工作状态，且检测到OTP引脚电压位于电压区间(0.625V，0.938V)，则与已激活过温保护功能的过温保护模块102协同工作以与对开关电源执行过温保护。

具体而言，本发明基于热敏电阻NTC20的阻值(即OTP引脚检测电压值)随开关电源内部温度升高而逐渐降低的元件特性，在开关电源进入稳定工作状态时，当该过温保护介入控制模块101检测到其OTP引脚电压值达到该过温保护介入控制模块101的启动电压阈值Vs(即0.938V)，则表示开关电源的内部温度已达到过温保护模块102启动过温保护功能的临界温度值，触发该过温保护模块102启动过温保护功能；当该过温保护介入控制模块101检测到其OTP引脚端电压值落入上述电压区间，则表示开关电源的内部温度位于过温保护触发临界温度值及过温保护温度阈值之间，由已被激活过温保护功能的过温保护控制电路100执行过温监测功能；当该过温保护介入控制模块101检测到其OTP引脚端电压值已达到或低于该过温保护电压阈值Vb(即0.625V)，则表示开关电源产生的内部高温已达到或超过过温保护温度阈值，则DC-DC转换电路(300)停止工作，以对开关电源执行断电保护，避免开关电源稳定工作产生并积累的高温对其内部电子元件造成损坏。

进一步地，如图3所示，该过温保护模块102还包括时序分离电路1021，该时序分离电路1021具体用于将该过温保护介入控制模块101的工作电压阈值及该过温保护介入控制模块101稳定工作后所产生的供电电压Vcc分开为用以驱动该过温保护模块102的供电电压Vcc1。该时序分离电路1021在本发明过温保护控制电路100中起到的作用在于：使开关电源控制芯片提供于该过温保护控制电路100的供电电压Vcc1滞后于经由开关电源供电端Vbus提供于该过温保护介入控制电路的供电电压Vcc，以保证该过温保护介入控制模块101在工作稳定之后方才输出驱动过温保护模块102的供电电压Vcc1，因而提高了开关电源工作的稳定性。

下面将结合附图5,对本发明应用于开关电源的过温保护控制电路100的电路结构作出详细说明：

具体地，该时序分离电路1021为第一二极管D24，第一二极管D24负极连接该过温保护介入控制模块101的供电端VCC，第一二极管D24正极连接该开关电源状态检测子电路1022。

该开关电源状态检测子电路1022包括第一电阻R40A，第二电阻R40B、与第二电阻R40B并联连接的第一电容C40B、以及第二电容C24；该过温保护功能开关子电路1023为第一三极管Q21；该过温保护功能执行子电路1024包括第三电阻R25以及热敏电阻NTC20；

其中，第一电阻R40A一端连接第一二极管D24的正极，第一电阻R40A另一端连接第二电阻R40B的一端，第二电阻R40B另一端连接第一三极管Q21的发射极，第一三极管Q21的发射极接地，第一三极管Q21的基极连接在第一电阻R40A及第二电阻R40B之间，第一三极管Q21的集电极连接热敏电阻NTC20的一端，热敏电阻NTC20的另一端连接第三电阻R25一端，第三电阻R25另一端连接OTP引脚；

第二电容(C24)一端同时连接第三电阻R25另一端及OTP引脚，第二电容C24另一端同时连接第一电容C40B的接地端以及第二电阻R40B的另一端。

下面将结合附图5所示的过温保护控制电路100的具体电路结构对本发明过温保护控制电路100的工作原理作出详细说明：

开关电源开机时，开关电源供电端Vbus通过电阻R49，电阻R48及电阻R47向电容C21及电容C27进行充电，直至OTP引脚电压达到过温保护介入控制模块101的启动电压阈值启动电压阈值Vs，使过温保护介入控制模块101顺利地启动工作。在此过程中，由于电阻R40B的检测电压降低于三极管Q21的启动电压阈值，三极管Q21被截止，过温保护模块102的过温保护功能被禁止，使得过温保护模块102被免于介入开关电源的过温保护之中。在本发明过温保护控制电路100中，三极管Q21的启动电压阈值优选为0.7V，当然，三极管Q21也可由MOS管进行替代。

在开关电源进入工作状态并稳定工作一段时间后的重启过程中，电阻R40B的检测电压降低于三极管Q21的启动电压阈值，三极管Q21被截止，OTP引脚外接等效为高阻抗，如此，使得OTP引脚电压Votp必定大于过温保护介入控制模块101的启动电压阈值Vs，即，过温保护介入控制模块101能够被正常启动，而过温保护模块102则被禁止启动，因此，过温保护模块102被免于介入开关电源的过温保护之中，从而保证开关电源的顺利启动。

当开关电源由重启状态进入到稳定的工作状态时，电阻R40B的检测电压达到三极管Q21的启动电压阈值，三极管Q21被导通，如此使得热敏电阻NTC20和电阻R25接地，过温保护功能执行子电路1024具有的过温保护功能被激活，过温保护介入控制模块101与过温保护功能执行子电路1024协同工作以执行过温监测。随着开关电源持续工作不断地产生并积累热能，致使热敏电阻NTC20的阻值随温度升高而逐渐降低，随即，造成OTP引脚电压Votp逐渐降低。

当开关电源介入控制模块检测到OTP引脚电压Votp低于过温保护电压阈值Vb时，则判断开关电源长时工作所产生并积累的内部高温已达到或超过设定的过温保护温度阈值，则DC-DC转换电路(300)停止工作，以对开关电源执行断电保护，避免开关电源的内部高温造成开关电源内部元器件的损坏。

如图4所示，本发明还提供一种开关电源，该开关电源包括整流滤波电路200、输出滤波电路400、输入端连接整流滤波电路200，输出端连接输出滤波电路400的DC-DC转换电路300、以及如上所述的过温保护控制电路100。

综上所述，本发明引入了开关电源过温保护介入控制机制，采用了对开关电源工作状态进行实时检测，以在开关电源的启动过程中适时地禁止过温保护模块102具有的过温保护功能，以免过温保护模块102在开关电源的重启过程中介入到开关电源的过温保护的过温保护介入控制方案。实施本发明过温保护介入控制方案，既能消除现有技术中存在的开关电源在稳定工作一段时间后，一旦被重启则自动关机的技术缺陷，还能在开关电源由启动状态进入工作状态时，适时地激活过温保护模块102的过温保护功能，为开关电源提供行之有效地过温保护，避免开关电源长期工作产生及累积的内部高温对其内部元器件造成的损坏，保证开关电源能够持久安全稳定地运行。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种应用于开关电源的过温保护控制电路(100)，其特征在于：包括过温保护模块(102)及过温保护介入控制模块(101)；

其中，所述过温保护模块(102)用于对开关电源所处工作状态进行实时检测，及检测到开关电源进入启动状态时，禁止自身的过温保护功能，或检测到开关电源进入工作状态时，激活自身的过温保护功能；

所述过温保护介入控制模块(101)用于判断开关电源进入启动状态时，使已被禁止过温保护功能的过温保护模块(102)停止介入开关电源的过温保护之中，以及判断开关电源进入工作状态时，与已被激活过温保护功能的过温保护模块(102)协同工作以对开关电源提供过温保护。

2.根据权利要求1所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：所述过温保护介入控制模块(101)提供有OTP引脚，并具体用于在所述过温保护模块(102)介入开关电源的过温保护过程中，对其OTP引脚电压(Votp)进行实时检测，及判断所检测到的OTP引脚电压(Votp)达到或低于预设的与过温保护温度阈值对应的过温保护电压阈值(Vb)时，使DC-DC转换电路(300)停止工作。

3.根据权利要求2所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：所述过温保护介入控制模块(101)还用于对其OTP引脚电压进行检测，判断所检测到的OTP引脚电压是否达到自身的启动电压阈值(Vs)，如是，则启动工作，并产生用以驱动所述过温保护模块(102)的供电电压(Vcc1)。

4.根据权利要求3所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：所述过温保护模块(102)包括开关电源状态检测子电路(1022)、过温保护功能开关子电路(1023)、以及过温保护功能执行子电路(1024)；其中：

所述开关电源状态检测子电路(1022)用于判断所述用以驱动所述过温保护模块(102)的供电电压(Vcc1)是否达到所述过温保护功能开关子电路(1023)的启动电压阈值(Va)，如是，则判断开关电源进入工作状态，如否，则判断开关电源处于断电或启动状态；

所述过温保护功能开关子电路(1023)用于当所述供电电压(Vcc1)达到所述启动电压阈值(Va)时被导通以激活所述过温保护功能执行子电路(1024)的过温保护功能，以及当所述供电电压(Vcc1)未达到所述启动电压阈值(Va)时被截止以禁止所述过温保护功能执行子电路(1024)的过温保护功能。

5.根据权利要求3所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：所述过温保护模块(102)还包括时序分离电路(1021)，所述时序分离电路(1021)用于将由开关电源供电端(Vbus)提供于所述过温保护介入控制模块(101)的供电电压(Vcc)及所述过温保护介入控制模块(101)稳定工作之后所产生的用以驱动所述过温保护模块(102)的供电电压(Vcc1)进行时序分离。

6.根据权利要求5所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：所述时序分离电路(1021)为第一二极管(D24)，第一二极管(D24)负极连接所述过温保护介入控制模块(101)的供电端(Vcc)，第二二极管(D24)正极连接开关电源状态检测子电路(1022)。

7.根据权利要求6所述的过温保护控制电路(100)，其特征在于：开关电源状态检测子电路(1022)包括第一电阻(R40A)，第二电阻(R40B)、与第二电阻(R40B)并联连接的第一电容(C40B)、以及第二电容(C24)；所述过温保护功能开关子电路(1023)为第一三极管(Q21)；所述过温保护功能执行子电路(1024)包括第三电阻(R25)以及热敏电阻(NTC20)；

其中，第一电阻(R40A)一端连接第一二极管(D24)的正极，第一电阻(R40A)另一端连接第二电阻(R40B)的一端，第二电阻(R40B)另一端连接第一三极管(Q21)的发射极，第一三极管(Q21)的发射极接地，第一三极管(Q21)的基极连接在第一电阻(R40A)及第二电阻(R40B)之间，第一三极管(Q21)的集电极连接热敏电阻(NTC20)的一端，热敏电阻(NTC20)的另一端连接第三电阻(R25)一端，第三电阻(R25)另一端连接所述OTP引脚；

第二电容(C24)一端同时连接第三电阻(R25)另一端及所述OTP引脚，第二电容(C24)另一端同时连接第一电容(C40B)的接地端以及第二电阻(R40B)的另一端。

8.一种开关电源，包括整流滤波电路(200)、输出滤波电路(400)，以及输入端连接整流滤波电路(200)，输出端连接输出滤波电路(400)的DC-DC转换电路(300)，其特征在于：所述开关电源还包括如权利要求1至7中任一所述的过温保护控制电路(100)。

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