CN109347063A - 一种功率器件过热检测保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率器件过热检测保护电路。它包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、三极管Q2、MOS管Q3和温度传感器R5，电阻R2与电阻R6串联，电阻R2另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，电阻R6另一端接地；电阻R4与温度传感器R5串联，电阻R4另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，温度传感器R5另一端接地，温度传感器R5的温度触点与功率器件接触；三极管Q2的基极连接在电阻R4与温度传感器R5之间、发射极接地、集电极连接在电阻R2与电阻R6之间；MOS管Q3的栅极连接在电阻R2与电阻R6之间、源极接地、漏极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端。本发明灵活运用PWM控制芯片引脚特征，设计简单的保护电路，具有结构简单、成本低、可移植性强的优点。
Description
技术领域
本发明属于电路保护技术领域，具体涉及一种功率器件过热检测保护电路。
背景技术
随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的技术工具，其应用遍及工业研发生产和日常生活各领域。例如，标准仪器行业装置功率密度不断加大，装置运行在大功率条件下，如何确保仪器中功率变压器以及开关器件不会因为过热而导致系统崩溃，这一问题显得尤为重要。
目前，对于过热保护问题，大多数是采用温度检测传感器或温度采样电阻采集发热器件上的温度，然后将温度采样信息通过模数转换调理电路处理，再给到AD芯片，最后到达主控芯片。只有当温度到达某一阈值时，才会触发保护机制，通过芯片、DA芯片、数模调理电路，才能触发硬件保护，切断PWM，促使装置停止工作，需要等到功率器件的温度降下来后，才能进行下一次启动工作。这种方法虽然能达到较好的效果，但是采用的电路较多，存在采样电路供电、隔离、占用CPU资源、增加成本等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低的功率器件过热检测保护电路。
本发明采用的技术方案是：一种功率器件过热检测保护电路，包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、三极管Q2、MOS管Q3和用于检测功率器件温度的温度传感器R5，所述电阻R2与电阻R6串联，电阻R2另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，电阻R6另一端接地；所述电阻R4与温度传感器R5串联，电阻R4另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，所述温度传感器R5另一端接地，温度传感器R5的温度触点与功率器件接触；所述三极管Q2的基极连接在电阻R4与温度传感器R5之间、发射极接地、集电极连接在电阻R2与电阻R6之间；所述MOS管Q3的栅极连接在电阻R2与电阻R6之间、源极接地、漏极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端。
进一步地，还包括电阻R1、电阻R3和三极管Q1，所述电阻R1串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R2之间，电阻R3串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R4之间，所述三极管Q1的基极连接在电阻R1与电阻R2之间、发射极连接在电阻R3与电阻R4之间、集电极连接PWM控制芯片的基准电压输出端。
进一步地，所述电阻R4阻值为电阻R3阻值的5-10倍。
进一步地，所述电阻R2与电阻R6之间还串联有电阻R7，所述电阻R7一端连接三极管Q2的集电极、另一端连接MOS管Q3的栅极。
更进一步地，还包括二极管D1、电容C1和电容C2，所述二极管D1阳极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端和电容C1一端，二极管D1阴极连接MOS管Q3的漏极，所述电容C1另一端接地，所述电容C2一端连接MOS管Q3的栅极、另一端接地。
本发明灵活运用PWM控制芯片引脚特征，设计简单的保护电路，当变压器或功率器件温度发生变化到某一阈值时，会引起PWM控制芯片的保护机制，使控制芯片停止工作，进而控制装置的过热关断，具有以下优点：
第一，在达到相同功能的情况，避免了数字温度控制采样调理电路、供电电源、隔离等设计问题，减少开发周期，节约成本；
第二，该电路设计了一个迟滞区域，使受保护对象在通风散热受阻情况下，能自动热保护，并在散热恢复正常时，能保证装置正常切入工作，而不至于进入保护-去保护-保护的死循环；
第三，该电路灵活多变，可移植性较强，可应用于众多需要做过热保护场合，而且受保护对象也可以各不相同。
附图说明
图1为功率变压器驱动工作的原理图。
图2为本发明过热检测保护电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1、图2所示，本发明一种功率器件过热检测保护电路，包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、三极管Q2、MOS管Q3和用于检测功率器件温度的温度传感器R5，所述电阻R2与电阻R6串联，电阻R2另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，电阻R6另一端接地；所述电阻R4与温度传感器R5串联，电阻R4另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，所述温度传感器R5另一端接地，温度传感器R5的温度触点与功率器件接触；所述三极管Q2的基极连接在电阻R4与温度传感器R5之间、发射极接地、集电极连接在电阻R2与电阻R6之间；所述MOS管Q3的栅极连接在电阻R2与电阻R6之间、源极接地、漏极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端。
本发明的工作原理为：
当高压直流源开始工作时，功率变压器T1的温度为室温，PWM控制芯片U1工作，芯片16脚(即基准电压输出端)产生一个基准电压，通过电阻R4、温度传感器R5到GND，则此时三极管Q2导通，MOS管Q3的栅极电Vref压钳位至三极管Q2的导通电压，一般为0.3V，而MOS管的栅极驱动电压一般为4V，因此，MOS管Q3无法被驱动，PWM控制芯片正常工作，发出PWMA～PWMD，使功率变换器工作起来，功率变压器参与功率变换器原次边能量传递。
当装置长时间运行在超负荷功率情况或装置通风损坏受阻，功率变压器温度会累积上升到某一值，使温度传感器R5的阻值下降至温度传感器R5的电压小于0.7V，此时三极管Q2关断，MOS管Q3开通，PWM控制芯片8脚(即软启动控制端)被拉到GND，而根据PWM控制芯片的内部原理，8脚低于Shutdown threshold电压(UC2825为典型1.4V)，则PWM控制芯片停止发PWMA～PWMD，变换器功率MOS管Q4～Q7不能被驱动，装置停止工作，功率变压器T1开始散热降温。
当当功率变压器温度通过散热将至某一值时，三极管Q2重新导通，PWM控制芯片正常工作，发出PWMA～PWMD，使功率变换器工作。
上述方案中，由于不同温度传感器R5的特性不同，可能会使上述电路出现打嗝工作模式，因此为避免该问题，本发明还设置了电阻R1、电阻R3和三极管Q1，所述电阻R1串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R2之间，电阻R3串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R4之间，所述三极管Q1的基极连接在电阻R1与电阻R2之间、发射极连接在电阻R3与电阻R4之间、集电极连接PWM控制芯片的基准电压输出端，所述电阻R4阻值为电阻R3阻值的5-10倍。设置电阻R1、电阻R3和三极管Q1能使过热检测保护电路工作更可靠。
上述方案中，电阻R2与电阻R6之间还串联有电阻R7，所述电阻R7一端连接三极管Q2的集电极、另一端连接MOS管Q3的栅极。
上述方案中，还包括二极管D1、电容C1和电容C2，所述二极管D1阳极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端和电容C1一端，二极管D1阴极连接MOS管Q3的漏极，所述电容C1另一端接地，所述电容C2一端连接MOS管Q3的栅极、另一端接地。二极管D1起隔离保护作用，电容C1和电容C2起滤波作用。
本发明中，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7为普通电阻，温度传感器R5为环氧树脂包封型NTC温度传感器，通过其自身的温度触点与功率变压器本体黏合在一起，以实时检测其温度，并通过其自身的电阻值反映出来(NTC温度传感器的阻值在温度越高时电阻值越小)，三极管Q1为PNP三极管，三极管Q2为NPN三极管，并设三极管Q1、三极管Q2的导通Vbe＝0.7V,Vce＝0.3V,相等，电容C2为软启动缓启电容，MOS管Q3为小功率MOS管，二极管D1为快回复二极管。
通过三极管Q1防止电路进入打嗝工作模式的工作原理为：
第1阶段：当高压直流源开始工作时，功率变压器T1的温度为室温，选取合适NTC温度传感器R5，即满足在室温时：
在满足此条件的基础上，装置开启后，PWM芯片U1工作，此时芯片16脚有一个基准电压产生，一般为5V，通过电阻R3、电阻R4、温度传感器R5到GND，则此时三极管Q2发射结正向偏置(Vbe大于发射结开启电压0.7V)且集电结反向偏置，三极管Q2导通，则MOS管Q3的栅极电Vref压钳位至三极管Q2的导通电压，一般为0.3V，而MOS管Q3的栅极驱动电压一般为4V，因此，MOS管Q3无法被驱动，PWM芯片正常工作，发出PWMA～PWMD，使变换器工作起来，变压器参与变换器原次边能量传递。
当三极管Q2导通后，Vref通过电阻R1，电阻R2，三极管Q2到GND，同三极管Q2导通原理，三极管Q1导通，则电阻R3的电压被钳位至0.3V，此时温度传感器R5两端的电压为：
第2阶段：当装置长时间运行在超负荷功率情况或装置通风损坏受阻，功率变压器温度会累积上升到某一值T1，此时NTC温度传感器R5对应的电阻为R5_1，此时的三极管Q2处于临界导通状态，即：
第3阶段：当功率变压器的温度继续上升至T2，温度传感器R5的阻值继续下降至R5_2，则V5＝Vbe<0.7V，三极管Q2关断，Vref通过电阻R1、电阻R2、电阻R7到MOS管Q3的栅极，则MOS管Q3开通，PWM控制芯片8脚通过经过二极管D1被拉到GND，而根据PWM控制芯片的内部原理，8脚低于Shutdown threshold电压(UC2825为典型1.4V)，则PWM控制芯片停止发PWMA～PWMD，变换器功率MOS管Q4～Q7不能被驱动，装置停止工作，功率变压器T1开始散热降温。
同时，随着三极管Q2的关断，三极管Q1也关断，则此时：
第4阶段：当功率变压器温度通过散热将至T1，又到临界导通状态，过程与第2阶段一致。
从上面几个阶段的工作状态分析，可以看出，在无限接近临界区域时，若合理选择电阻R3、电阻R4阻值，则升温至临界值前：
同样，降温至临界值前，有：
通过比较临界值前后的电压可以看出，在临界值动作前后形成了一个迟滞区域这样有一个明显优点，即功率变换器在过温保护恢复时，不会一直徘徊在临界值附近，而使电路进入打嗝工作模式。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种功率器件过热检测保护电路，其特征在于：包括电阻R2、电阻R4、电阻R6、三极管Q2、MOS管Q3和用于检测功率器件温度的温度传感器R5，所述电阻R2与电阻R6串联，电阻R2另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，电阻R6另一端接地；所述电阻R4与温度传感器R5串联，电阻R4另一端用于连接PWM控制芯片的基准电压输出端，所述温度传感器R5另一端接地，温度传感器R5的温度触点与功率器件接触；所述三极管Q2的基极连接在电阻R4与温度传感器R5之间、发射极接地、集电极连接在电阻R2与电阻R6之间；所述MOS管Q3的栅极连接在电阻R2与电阻R6之间、源极接地、漏极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端。
2.根据权利要求1所述的功率器件过热检测保护电路，其特征在于：还包括电阻R1、电阻R3和三极管Q1，所述电阻R1串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R2之间，电阻R3串联在PWM控制芯片的基准电压输出端与电阻R4之间，所述三极管Q1的基极连接在电阻R1与电阻R2之间、发射极连接在电阻R3与电阻R4之间、集电极连接PWM控制芯片的基准电压输出端。
3.根据权利要求2所述的功率器件过热检测保护电路，其特征在于：所述电阻R4阻值为电阻R3阻值的5-10倍。
4.根据权利要求1所述的功率器件过热检测保护电路，其特征在于：所述电阻R2与电阻R6之间还串联有电阻R7，所述电阻R7一端连接三极管Q2的集电极、另一端连接MOS管Q3的栅极。
5.根据权利要求1所述的功率器件过热检测保护电路，其特征在于：还包括二极管D1、电容C1和电容C2，所述二极管D1阳极用于连接PWM控制芯片的软启动控制端和电容C1一端，二极管D1阴极连接MOS管Q3的漏极，所述电容C1另一端接地，所述电容C2一端连接MOS管Q3的栅极、另一端接地。
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