CN112615351A - 一种开关管的温度保护装置和电器设备 - Google Patents

一种开关管的温度保护装置和电器设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关管的温度保护装置和电器设备，该装置包括：开关管本体、温度检测单元和温度保护单元；所述开关管本体和所述温度检测单元，一体式设置；所述温度保护单元，分别与所述温度检测单元和所述温度保护单元连接；其中，所述温度检测单元，被配置为检测所述开关管本体的温度，并在所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，输出温度保护信号；所述温度保护单元，被配置为在接收到所述温度保护信号的情况下，关断所述开关管本体的驱动信号，以实现对所述开关管本体的温度保护。该方案，通过提高对开关管温度检测的精准性，以提高对开关管温度保护的可靠性。

Description

一种开关管的温度保护装置和电器设备
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种开关管的温度保护装置和电器设备，尤其涉及一种带有温度保护的开关管、以及具有该开关管的电器设备。
背景技术
在开关管的温度保护方案中，需要通过感温包检测开关管的温度。感温包设置在开关管的外部，受开关管的外部环境影响，所检测到的温度往往不是感温包的真实温度，影响了对感温包温度检测的精准性，也影响了对开关管进行温度保护的可靠性。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开关管的温度保护装置和电器设备，以解决通过设置在开关管外部的感温包检测开关管的温度以对开关管进行温度保护的方式，由于对开关管温度检测的精准性不够而影响了对开关管温度保护的可靠性的问题，达到通过提高对开关管温度检测的精准性，以提高对开关管温度保护的可靠性的效果。
本发明提供一种开关管的温度保护装置，包括：开关管本体、温度检测单元和温度保护单元；所述开关管本体和所述温度检测单元，一体式设置；所述温度保护单元，分别与所述温度检测单元和所述温度保护单元连接；其中，所述温度检测单元，被配置为检测所述开关管本体的温度，并在所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，输出温度保护信号；所述温度保护单元，被配置为在接收到所述温度保护信号的情况下，关断所述开关管本体的驱动信号，以实现对所述开关管本体的温度保护。
在一些实施方式中，所述温度检测单元，包括：温敏单元和下拉单元；其中，所述温敏单元、所述下拉单元和所述开关管本体，一体式设置；所述温敏单元和所述下拉单元连接后，设置在所述开关管本体的驱动端与输出端之间。
在一些实施方式中，所述温敏单元，包括：温敏电阻；所述下拉单元，包括：三极管；所述开关管本体，包括：MOS管；其中，所述温敏电阻和所述三极管连接后，并联在所述MOS管的栅极与源极之间；所述三极管，还连接至所述温度保护单元；其中，温敏电阻的第一端连接至三极管的基极和三极管的集电极，温敏电阻的第二端连接至三极管的发射极。
在一些实施方式中，所述温度检测单元，还包括：电容单元；其中，所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，一体式设置；所述电容单元，设置在所述开关管本体的驱动端与输出端之间。
在一些实施方式中，所述电容单元，包括：电容；所述电容，所述温敏单元和所述下拉单元的串联后，与所述电容并联，且所述电容位于所述温敏单元与所述开关管本体之间。
在一些实施方式中，所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，集成封装成一体式结构。
在一些实施方式中，所述温度保护单元，包括：驱动芯片和驱动电阻；其中，所述驱动芯片的第一端，经所述驱动电阻后连接至所述开关管本体的驱动端；所述驱动芯片的第二端，连接至所述开关管本体的输出端；在所述温敏单元检测到所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，所述下拉单元将所述驱动芯片的输出信号下拉至0，使得所述开关管本体的驱动信号被关断。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备，包括：以上所述的开关管的温度保护装置。
由此，本发明的方案，通过将温敏电阻和下拉单元设置在开关管的内部，以利用温敏电阻检测开关管的温度，并在温敏电阻检测到的开关管的温度达到开关管的温度保护阈值时通过下拉单元将开关管的驱动信号拉低，以关断开关管，实现对开关管的温度保护，从而，通过提高对开关管温度检测的精准性，以提高对开关管温度保护的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的开关管的温度保护装置的一实施例的结构示意图；
图2为一种开关管温度保护电路的一实施例的结构示意图；
图3为一种开关管温度保护电路的另一实施例的结构示意图；
图4为一种开关管温度保护电路的另一实施例的具体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种开关管的温度保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该开关管的温度保护装置可以包括：开关管本体(如开关管本体M1)、温度检测单元(如温敏电阻R2和三极管Q1)和温度保护单元(如驱动芯片和驱动电阻R1)。所述开关管本体和所述温度检测单元，一体式设置，形成图3和图4所示的开关管M。所述温度保护单元，分别与所述温度检测单元和所述温度保护单元连接。
其中，所述温度检测单元，被配置为检测所述开关管本体的温度，并在所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，输出温度保护信号。
在一些实施方式中，所述温度检测单元，包括：温敏单元和下拉单元。
其中，所述温敏单元、所述下拉单元和所述开关管本体，一体式设置。所述温敏单元和所述下拉单元连接后，设置在所述开关管本体的驱动端(如开关管本体M1的栅极G)与输出端(如开关管本体的源极S)之间。
由此，通过直接将温敏电阻R2集成在开关管M内，使得温敏电阻R2的采样精准，且下拉单元(如三极管Q1)的电压一旦跌至一定值时立刻将开关管M的驱动信号降为0，响应速度快，提高了开关管温度保护电路的温度检测精度和温度保护灵敏度，也降低了开关管温度保护电路的设计难度。
在一些实施方式中，所述温敏单元，包括：温敏电阻(如温敏电阻R2)。所述下拉单元，包括：三极管(如三极管Q1)。所述开关管本体，包括：MOS管。
其中，所述温敏电阻和所述三极管连接后，并联在所述MOS管的栅极与源极之间；其中，温敏电阻的第一端连接至三极管的基极和三极管的集电极，温敏电阻的第二端连接至三极管的发射极。所述三极管，还连接至所述温度保护单元。
由此，通过采用温敏电阻R2与开关管M集成封装一体化，即温敏电阻R2与开关管本体M1集成设置得到开关管M，解决了外置感温包温度采样精准性差的问题，降低甚至避免了因开关管温度过高采样不精准导致的开关管炸裂问题。
在一些实施方式中，所述温度检测单元，还包括：电容单元(如电容C2)。
其中，所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，一体式设置。所述电容单元，设置在所述开关管本体的驱动端(如开关管本体M1的栅极G)与输出端(如开关管本体的源极S)之间。
在一些实施方式中，所述电容单元，包括：电容(如电容C2)。所述电容，所述温敏单元和所述下拉单元的串联后，与所述电容并联，且所述电容位于所述温敏单元与所述开关管本体之间。
在一些实施方式中，所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，集成封装成一体式结构。
由此，通过采用温敏电阻R2与开关管M集成封装一体化，解决了精准温度采样电路的结构复杂和成本高的问题，简化了结构，降低成本，且易于设计实现。
所述温度保护单元，被配置为在接收到所述温度保护信号的情况下，关断所述开关管本体的驱动信号，以实现对所述开关管本体的温度保护。
由此，通过将温度检测单元如温度检测电路集成在开关管M内，温度检测精准性好，温度保护的可靠性高。通过温度检测电路直接将驱动降至0，反应速度快。并且，温度保护电路的结构简单，无需要MCU进行复杂控制。
在一些实施方式中，所述温度保护单元，包括：驱动芯片和驱动电阻(如驱动电阻R1)。
其中，所述驱动芯片的第一端，经所述驱动电阻后连接至所述开关管本体的驱动端。所述驱动芯片的第二端，连接至所述开关管本体的输出端。在所述温敏单元检测到所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，所述下拉单元将所述驱动芯片的输出信号下拉至0，使得所述开关管本体的驱动信号被关断。
具体地，驱动芯片(如驱动IC)，根据开关管M的输出电压，发送驱动信号至开关管M的驱动极即栅极G。驱动电阻R1，能够限制驱动芯片的输出电流。温敏电阻R2随温度的升高而阻值增加，温度越高，阻值越小。下拉单元(如三极管Q1)，当供电电压减小到一定值时将电容C2两端(即开关管本体M1的栅极G与源极S之间)的电压下拉至0。
当开关管M的温度升高时，温敏电阻R2的阻值增大，温敏电阻R2、下拉单元(如三极管Q1)、电容C2(即开关管本体M1的栅极G与源极S)组成回路，回路中电流减小，温敏电阻R2上电压减小，根据KVL定律(即基尔霍夫电压定律)，下拉单元(如三极管Q1)的电压下降，当温敏电阻R2的温度增加至开关管M的温度保护值时，下拉单元(如三极管Q1)将驱动IC的输出信号下拉至0，开关管M的驱动信号为0，开关管M中的开关管本体M1(如MOS管)停止工作。这样，本发明的方案，将温度检测电路集成在开关管M内，温度检测精准性好。通过检测电路直接将驱动降至0，反应速度快。并且，温度保护电路的结构简单，无需要MCU进行复杂控制。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将温敏电阻和下拉单元设置在开关管的内部，以利用温敏电阻检测开关管的温度，并在温敏电阻检测到的开关管的温度达到开关管的温度保护阈值时通过下拉单元将开关管的驱动信号拉低，以关断开关管，实现对开关管的温度保护，从而，通过提高对开关管温度检测的精准性，以提高对开关管温度保护的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于开关管的温度保护装置的一种电器设备。该电器设备可以包括：以上所述的开关管的温度保护装置。
图2为一种开关管温度保护电路的一实施例的结构示意图。如图2所示，开关管温度保护电路，包括：开关管M、感温包、温度检测电路、MCU、驱动电阻R1、驱动芯片(即驱动IC)。在开关管M中，设置有电容C1。电容C1连接在开关管M的栅极G和源极S之间。感温包设置在开关管M的外部、且与开关管M的源极S接触。感温包、温度检测电路、MCU和驱动IC依次连接。驱动IC的一端，经驱动电阻R1连接至开关管M的栅极G。驱动IC的另一端，连接至开关管M的源极S。
在图2所示的例子中，当开关管M的温度过高时，通过温度检测感温包的温度，并将温度信号传递给MCU，MCU停止发送驱动信号给驱动芯片，开关管M如MOS管停止工作。
在图2所示的开关管温度保护电路中，开关管具有温度保护灵敏度低的缺点(一般会保持在每摄氏度几十微伏的量级上)，所以在开关管温度保护电路的实际设计和使用过程中，工程师往往将需要低偏移量放大器来产生可用的输出电压。在开关管温度保护电路的工作范围内，温度至电压的传递函数中的非线性往往需要补偿电路或查找表，电路复杂，响应时间较长。
图3为一种开关管温度保护电路的另一实施例的结构示意图，图4为一种开关管温度保护电路的另一实施例的具体结构示意图。如图3和图4所示，开关管温度保护电路，包括：开关管M、驱动电阻R1和驱动芯片(如驱动IC)。在开关管M中，设置有开关管本体M1、电容C2、温敏电阻R2和三极管Q1。电容C2连接在开关管本体M1的栅极G与源极S之间。温敏电阻R2和三极管Q1连接后，与电容C2并联。温敏电阻R2的第一端连接至三极管Q1的基极、三极管Q1的集电极和开关管本体M1的栅极G，温敏电阻R2的第二端连接至三极管Q1的发射极和开关管本体M1的源极S。驱动芯片的一端，通过驱动电阻R1后连接至开关管本体M1的栅极G。驱动芯片的另一端，连接至开关管本体M1的源极S。
在图3和图4所示的例子中，驱动芯片(如驱动IC)，根据开关管M的输出电压，发送驱动信号至开关管M的驱动极即栅极G。驱动电阻R1，能够限制驱动芯片的输出电流。温敏电阻R2随温度的升高而阻值减小，温度越高，阻值越小。下拉单元(如三极管Q1)，当供电电压减小到一定值时将电容C2两端(即开关管本体M1的栅极G与源极S之间)的电压下拉至0。
当开关管M的温度升高时，温敏电阻R2的阻值增大，温敏电阻R2、下拉单元(如三极管Q1)、电容C2(即开关管本体M1的栅极G与源极S)组成回路，回路中电流减小，温敏电阻R2上电压减小，根据KVL定律(即基尔霍夫电压定律)，下拉单元(如三极管Q1)的电压下降，当温敏电阻R2的温度增加至开关管M的温度保护值时，下拉单元(如三极管Q1)将驱动IC的输出信号下拉至0，开关管M的驱动信号为0，开关管M中的开关管本体M1(如MOS管)停止工作。这样，本发明的方案，将温度检测电路集成在开关管M内，温度检测精准性好；通过检测电路直接将驱动降至0，反应速度快；并且，温度保护电路的结构简单，无需要MCU进行复杂控制。
在图3和图4所示的例子中，本发明的方案，直接将温敏电阻R2集成在开关管M内，使得温敏电阻R2的采样精准，且下拉单元(如三极管Q1)的电压一旦跌至一定值时立刻将开关管M的驱动信号降为0，响应速度快，提高了开关管温度保护电路的温度检测精度和温度保护灵敏度，也降低了开关管温度保护电路的设计难度。
图2所示的例子中，感温包对开关管M的温度检测精度不高。通过图3和图4所示的例子，可实现温度检测精度的提高。具体地，本发明的方案，采用温敏电阻R2与开关管M集成封装一体化，即温敏电阻R2与开关管本体M1集成设置得到开关管M，解决了外置感温包温度采样精准性差的问题，降低甚至避免了因开关管温度过高采样不精准导致的开关管炸裂问题。
相关方案中，检测精度高的温度检测电路采用运放和感温包等采样电路，结构复杂，成本高，而本发明的方案，采用温敏电阻R2与开关管M集成封装一体化，解决了精准温度采样电路的结构复杂和成本高的问题，简化了结构，降低成本，且易于设计实现。
由于本实施例的电器设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将温敏电阻和下拉单元设置在开关管的内部，以利用温敏电阻检测开关管的温度，并在温敏电阻检测到的开关管的温度达到开关管的温度保护阈值时通过下拉单元将开关管的驱动信号拉低，以关断开关管，实现对开关管的温度保护，解决了外置感温包温度采样精准性差的问题，降低甚至避免了因开关管温度过高采样不精准导致的开关管炸裂问题，提高了开关管温度保护电路的温度检测精度和温度保护灵敏度。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种开关管的温度保护装置，其特征在于，包括：开关管本体、温度检测单元和温度保护单元；所述开关管本体和所述温度检测单元，一体式设置；所述温度保护单元，分别与所述温度检测单元和所述温度保护单元连接；其中，
所述温度检测单元，被配置为检测所述开关管本体的温度，并在所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，输出温度保护信号；
所述温度保护单元，被配置为在接收到所述温度保护信号的情况下，关断所述开关管本体的驱动信号，以实现对所述开关管本体的温度保护。
2.根据权利要求1所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述温度检测单元，包括：温敏单元和下拉单元；其中，
所述温敏单元、所述下拉单元和所述开关管本体，一体式设置；
所述温敏单元和所述下拉单元连接后，设置在所述开关管本体的驱动端与输出端之间。
3.根据权利要求2所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述温敏单元，包括：温敏电阻；所述下拉单元，包括：三极管；所述开关管本体，包括：MOS管；其中，
所述温敏电阻和所述三极管连接后，并联在所述MOS管的栅极与源极之间；所述三极管，还连接至所述温度保护单元；其中，温敏电阻的第一端连接至三极管的基极和三极管的集电极，温敏电阻的第二端连接至三极管的发射极。
4.根据权利要求2或3所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述温度检测单元，还包括：电容单元；其中，
所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，一体式设置；
所述电容单元，设置在所述开关管本体的驱动端与输出端之间。
5.根据权利要求4所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述电容单元，包括：电容；所述电容，所述温敏单元和所述下拉单元的串联后，与所述电容并联，且所述电容位于所述温敏单元与所述开关管本体之间。
6.根据权利要求4所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述温敏单元、所述下拉单元、所述电容单元和所述开关管本体，集成封装成一体式结构。
7.根据权利要求4所述的开关管的温度保护装置，其特征在于，所述温度保护单元，包括：驱动芯片和驱动电阻；其中，
所述驱动芯片的第一端，经所述驱动电阻后连接至所述开关管本体的驱动端；所述驱动芯片的第二端，连接至所述开关管本体的输出端；
在所述温敏单元检测到所述开关管本体的温度大于或等于所述开关管本体的温度保护阈值的情况下，所述下拉单元将所述驱动芯片的输出信号下拉至0，使得所述开关管本体的驱动信号被关断。
8.一种电器设备，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的开关管的温度保护装置。
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