CN112615355A - 一种过热保护电路及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种过热保护电路及用电设备中，过热保护电路包括温度采集模块和开关模块，开关模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管以及开关元件；温度采集模块用于采集负载电路的当前温度，若当前温度小于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出高电平，若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出低电平；开关元件用于在第一三极管的基极被加载高电平时保持导通状态，在第一三极管的基极被加载低电平时保持断开状态。当第一三极管的基极被加载低电平时，第一三极管为截止状态，此时开关元件的第一极与第二极之间的压差几乎为0，未能满足导通压差，开关元件保持断开状态。从而切断负载电路的供电线路，保护负载电路。

Description

一种过热保护电路及用电设备

技术领域

本申请涉及电路领域，具体而言，涉及一种过热保护电路及用电设备。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，电能源被广泛地应用到各个领域。在电能源应用领域，主要构件包括电路或电路板。同时电能源应用也存在一些安全隐患，例如电路长时间工作，可能会温度过高，可能会造成器件损坏。为了避免出现电路温度过高的情况，现有技术提供了一种过热保护电路。

现有技术提供的过热保护电路中，通过热敏电阻控制电路中的继电器的开合状态，从而切换电路的导通状态。其存在下列缺陷:在温度临界点附近，电路的导通状态反复改变，以致电路反复重启；触发器件继电器寿命短、体积大、功耗大，不利于对电路板高度、面积有限制要求的设计。

发明内容

本申请的目的在于提供一种过热保护电路及用电设备，以至少部分改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种过热保护电路，所述过热保护电路包括温度采集模块和开关模块，所述开关模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管以及开关元件；

所述温度采集模块的输出端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的一端连接于所述第一三极管的发射极，所述第一电阻的一端与所述开关元件的第一极均连接于电源正极，所述第一电阻的另一端与所述开关元件的第二极均连接于所述第一三极管的集电极，所述开关元件的第三极连接负载电路的输入端，所述负载电路的输出端和所述第二电阻的另一端均连接于电源负极；

所述温度采集模块用于采集所述负载电路的当前温度，若所述当前温度小于预设定的温度阈值，向所述第一三极管的基极输出高电平，若所述当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向所述第一三极管的基极输出低电平；

所述开关元件用于在所述第一三极管的基极被加载高电平时保持导通状态，在所述第一三极管的基极被加载低电平时保持断开状态。

可选地，所述温度采集模块包括第三电阻、第四电位器、第五电阻、第六热敏电阻、第一稳压二极管、第二三极管以及运算放大器；

所述第三电阻的一端与所述第二三极管的集电极均连接于所述电源正极，所述第三电阻的另一端与所述第二三极管的基极均连接于所述第一稳压二极管的负极，所述第一稳压二极管的正极连接于所述电源负极，所述第二三极管的发射极连接于所述运算放大器的供电正端，所述运算放大器的供电负端连接于所述电源负极；

所述第四电位器的两个固定端分别连接于所述第二三极管的发射极和所述电源负极；所述第四电位器的滑动端连接于所述运算放大器的反相输入端；

所述第五电阻的一端连接于所述第二三极管的发射极，所述第五电阻另一端与所述第六热敏电阻的一端连接，所述第六热敏电阻的另一端连接于所述电源负极，所述运算放大器的同相输入端连接于所述第五电阻与所述第六热敏电阻之间；

所述运算放大器的输出端连接于所述第一三极管的基极。

可选地，所述温度采集模块还包括第七电阻，所述第七电阻的一端连接于所述运算放大器的输出端，所述第七电阻的另一端连接于所述第五电阻与所述第六热敏电阻之间。

可选地，所述温度采集模块还包括第一电容，所述第一电容的两极分别连接于所述第一稳压二极管的两极。

可选地，所述温度采集模块还包括第二电容，所述第二电容的两极分别连接于所述第二三极管的发射极和所述电源负极。

可选地，所述开关模块还包括第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的负极连接于所述开关元件的第一极，所述第二稳压二极管的正极连接于所述开关元件的第二极。

可选地，所述开关模块还包括第八电阻，所述第八电阻的两端分别与所述温度采集模块的输出端和所述第一三极管的基极连接。

可选地，所述开关元件为PMOS管，所述PMOS管的源极为所述开关元件的第一极，所述PMOS管的栅极为所述开关元件的第二极，所述PMOS管的漏极为所述开关元件的第三极。

第二方面，本申请实施例提供一种用电设备，所述用电设备包括如上述的过热保护电路。

相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种过热保护电路及用电设备中，过热保护电路包括温度采集模块和开关模块，开关模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管以及开关元件；温度采集模块用于采集负载电路的当前温度，若当前温度小于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出高电平，若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出低电平；开关元件用于在第一三极管的基极被加载高电平时保持导通状态，在第一三极管的基极被加载低电平时保持断开状态。若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出低电平。当第一三极管的基极被加载低电平时，第一三极管为截止状态，此时开关元件的第一极与第二极之间的压差几乎为0，未能满足导通压差，开关元件保持断开状态。从而切断了负载电路的供电线路，保护了负载电路。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的过热保护电路的连接示意图；

图2为本申请实施例提供的过热保护电路的连接示意图之一；

图3为本申请实施例提供的过热保护电路的连接示意图之一；

图4为本申请实施例提供的过热保护电路的连接示意图之一。

图中：10-温度采集模块；20-开关模块；30-负载电路；201-开关元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参图1，图1为本申请实施例提供的一种过热保护电路的连接示意图。如图1所示，电阻R9为负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient，简称NTC)，在常温下NTC具有极大的阻值，温度升高时NTC阻值逐渐变小。在常温下电阻R10的阻值应远小于电阻R9的阻值，电阻R10用于保证在常温下第三三极管Q3为截止状态。具体地，常温下电源输出的电压主要加载于电阻R9上，电阻R10分压较小，第三三极管Q3的基射电压Ube<0.7V(硅管)，此时第三三极管Q3处于截止状态，常闭继电器K2保持闭合状态，电路正常运行；当热敏电阻R9周围环境的温度升高，电阻R9的阻值也随之降低，此时R10的分压值逐渐增大，第三三极管Q3的基射电压Ube的电压到达三极管的导通阈值时，第三三极管Q3切换为导通状态，常闭继电器K2切换为断开状态。即在发生过热事件时将受保护电路(负载电路)断开，C3的作用是滤波一般采用值较小的瓷片电容，目的是为了避免干扰导致Q3误导通。

经发明人大量实践总结发现，图1所示的过热保护电路存在下列缺陷:①在温度临界点附近第三三极管Q3会反复导通，此时常闭继电器K2反复开断，以致电路反复重启；②触发器件常闭继电器K2寿命短、体积大、功耗大，不利于对电路板高度、面积有限制要求的设计；③温度触发点不可调节且第三三极管Q3与常闭继电器K2的选型受限于输入电压；④当温度在临界点附近时第三三极管Q3可能处于半导通状态，此时在第三三极管Q3上的热功率较大，严重时可能烧毁第三三极管Q3。

为了克服以上问题，本申请实施例提供了一种过热保护电路。如图2所示，过热保护电路包括温度采集模块10和开关模块20，开关模块20包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1以及开关元件201。

温度采集模块10的输出端与第一三极管Q1的基极连接，第二电阻R2的一端连接于第一三极管Q1的发射极，第一电阻R1的一端与开关元件201的第一极均连接于电源正极，第一电阻R1的另一端与开关元件201的第二极均连接于第一三极管Q1的集电极，开关元件201的第三极连接负载电路30的输入端，负载电路30的输出端和第二电阻R2的另一端均连接于电源负极。

温度采集模块10用于采集负载电路30的当前温度，若当前温度小于预设定的温度阈值，向第一三极管Q1的基极输出高电平，若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管Q1的基极输出低电平；

开关元件201用于在第一三极管Q1的基极被加载高电平时保持导通状态，在第一三极管Q1的基极被加载低电平时保持断开状态。

具体地，当第一三极管Q1的基极被加载高电平时，第一三极管Q1导通，电流从第一电阻R1流经第二电阻R2回到电源负极，开关元件201的第一极与第二极之间的压差满足导通压差，开关元件201保持导通。反之，若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管Q1的基极输出低电平。当第一三极管Q1的基极被加载低电平时，第一三极管Q1为截止状态，此时开关元件201的第一极与第二极之间的压差几乎为0，未能满足导通压差，开关元件201保持断开状态。

综上所述，本申请实施例提供的过热保护电路中，过热保护电路包括温度采集模块和开关模块，开关模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管以及开关元件；温度采集模块用于采集负载电路的当前温度，若当前温度小于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出高电平，若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出低电平；开关元件用于在第一三极管的基极被加载高电平时保持导通状态，在第一三极管的基极被加载低电平时保持断开状态。若当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向第一三极管的基极输出低电平。当第一三极管的基极被加载低电平时，第一三极管为截止状态，此时开关元件的第一极与第二极之间的压差几乎为0，未能满足导通压差，开关元件保持断开状态。从而切断了负载电路的供电线路，保护了负载电路。

在图2的基础上，关于温度采集模块10的结构，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图3，温度采集模块10包括第三电阻R3、第四电位器R4、第五电阻R5、第六热敏电阻R6、第一稳压二极管D1、第二三极管Q2以及运算放大器OP。

第三电阻R3的一端与第二三极管Q2的集电极均连接于电源正极，第三电阻R3的另一端与第二三极管Q2的基极均连接于第一稳压二极管D1的负极，第一稳压二极管D1的正极连接于电源负极，第二三极管Q2的发射极连接于运算放大器OP的供电正端，运算放大器OP的供电负端连接于电源负极。

可选地，电源输入经第三电阻R3与第一稳压二极管D1分压后，为第二三极管Q2提供偏置电压，第二三极管Q2导通，此时第二三极管Q2的发射极电压等于第一稳压二极管D1的电压减去一个二级管压降，改变稳第一稳压二极管D1的稳压值即可改变该部分的输出电压，从而对运算放大器进行保护。

第四电位器R4的两个固定端分别连接于第二三极管Q2的发射极和电源负极；第四电位器R4的滑动端连接于运算放大器OP的反相输入端。

第五电阻R5的一端连接于第二三极管Q2的发射极，第五电阻R5另一端与第六热敏电阻R6的一端连接，第六热敏电阻R6的另一端连接于电源负极，运算放大器OP的同相输入端连接于第五电阻R5与第六热敏电阻R6之间。

运算放大器OP的输出端连接于第一三极管Q1的基极。

可选地，第六热敏电阻R6为负温度系数热敏电阻(NTC)，其电阻值随温度的升高而降低。第四电位器R4用于调节温度阈值。电位器(英文：Potentiometer)是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用为调节电压(含直流电压与信号电压)和电流的大小。

通过移动第四电位器R4的滑动端，从而调节运算放大器OP的反相输入端的电平，从而调节温度阈值。

当运算放大器OP的同相输入端的电平高于反相输入端的电平时，表示第六热敏电阻R6阻值较大，分压较多，此时负载电路30的温度较低，运算放大器OP输出高电平。当负载电路30的温度升高时，第六热敏电阻R6的阻值降低，直至运算放大器OP的同相输入端的电平低于反相输入端的电平时，运算放大器OP输出低电平。

可选地，请继续参考图3，关于如何避免电路反复启动，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，温度采集模块10还包括第七电阻R7，第七电阻R7的一端连接于运算放大器OP的输出端，第七电阻R7的另一端连接于第五电阻R5与第六热敏电阻R6之间。

具体地，当第六热敏电阻R6的阻值发生变化时，其温度在设置温度点一定范围内变化时运算放大器OP的输出电平不变，该范围称为迟滞放大器的“死区”。调节第七电阻R7的阻值大小可以调节死区的范围，第七电阻R7的阻值越小死区范围越宽。

当温度处于常温或更低时NTC呈现高阻抗状态，此时运算放大器OP的同相输入端电压大于反相输入端电压，运算放大器OP输出高电平。对于轨对轨运放，此时电路等效于R7与R5并联后与R6串联，R6上分得的电压大于同类型普通电压比较器电路R6上分得的电压，因此想要使该运算放大器OP的输出由高电平跳变为低电平就需要R6比普通电压比较器的由高电平跳变为低电平的阻值更低，因此就在会设置温度点的左边存在触发的一个死区。当温度升高，NTC电阻降低，在NTC上的分压降低，当运算放大器OP的同相输入端电压低于反相输入端电压时运放输出低电平，此时第一三极管Q1关断。对于轨对轨运放，此时电路等效于R6与R7并联后与R5串联，R6上分得的电压小于同类型普通电压比较器电路R6上分得的电压，因此想要使该运放跳变就需要R6比普通电压比较器跳变阻值更高，因此就在设置温度点的右边存在触发的一个死区。

在图3的基础上，关于如何排除干扰和噪声，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图4，温度采集模块10还包括第一电容C1，第一电容C1的两极分别连接于第一稳压二极管D1的两极。

第一电容C1用于滤除第一稳压二极管D1的噪声干扰。

可选地，温度采集模块10还包括第二电容C2，第二电容C2的两极分别连接于第二三极管Q2的发射极和电源负极。

第二电容C2用于降低电源的输出阻抗。

可选地，请继续参考图4，关于如何对开关模块20进行保护，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，开关模块20还包括第二稳压二极管D2和第八电阻R8。

第二稳压二极管D2的负极连接于开关元件201的第一极，第二稳压二极管D2的正极连接于开关元件201的第二极。

第二稳压二极管D2用于避免开关元件201过压损坏。

第八电阻R8的两端分别与温度采集模块10的输出端和第一三极管Q1的基极连接。

第八电阻R8用于避免出现过流。

可选地，开关元件201为PMOS管，PMOS管的源极为开关元件201的第一极，PMOS管的栅极为开关元件201的第二极，PMOS管的漏极为开关元件201的第三极。

可选地，本申请实施例提供的三极管均为NPN三极管。需要说明的是，本申请实施例中的三极管可以用NMOS管进行替代。

本申请实施例还提供了一种用电设备，该用电设备包括上述的过热保护电路。

需要说明的是，本实施例所提供的用电设备，其可以实现上述的过热保护电路对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种过热保护电路，其特征在于，所述过热保护电路包括温度采集模块和开关模块，所述开关模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管以及开关元件；

所述温度采集模块的输出端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的一端连接于所述第一三极管的发射极，所述第一电阻的一端与所述开关元件的第一极均连接于电源正极，所述第一电阻的另一端与所述开关元件的第二极均连接于所述第一三极管的集电极，所述开关元件的第三极连接负载电路的输入端，所述负载电路的输出端和所述第二电阻的另一端均连接于电源负极；

所述温度采集模块用于采集所述负载电路的当前温度，若所述当前温度小于预设定的温度阈值，向所述第一三极管的基极输出高电平，若所述当前温度大于或等于预设定的温度阈值，向所述第一三极管的基极输出低电平；

所述开关元件用于在所述第一三极管的基极被加载高电平时保持导通状态，在所述第一三极管的基极被加载低电平时保持断开状态。

2.如权利要求1所述的过热保护电路，其特征在于，所述温度采集模块包括第三电阻、第四电位器、第五电阻、第六热敏电阻、第一稳压二极管、第二三极管以及运算放大器；

所述第三电阻的一端与所述第二三极管的集电极均连接于所述电源正极，所述第三电阻的另一端与所述第二三极管的基极均连接于所述第一稳压二极管的负极，所述第一稳压二极管的正极连接于所述电源负极，所述第二三极管的发射极连接于所述运算放大器的供电正端，所述运算放大器的供电负端连接于所述电源负极；

所述第四电位器的两个固定端分别连接于所述第二三极管的发射极和所述电源负极；所述第四电位器的滑动端连接于所述运算放大器的反相输入端；

所述第五电阻的一端连接于所述第二三极管的发射极，所述第五电阻另一端与所述第六热敏电阻的一端连接，所述第六热敏电阻的另一端连接于所述电源负极，所述运算放大器的同相输入端连接于所述第五电阻与所述第六热敏电阻之间；

所述运算放大器的输出端连接于所述第一三极管的基极。

3.如权利要求2所述的过热保护电路，其特征在于，所述温度采集模块还包括第七电阻，所述第七电阻的一端连接于所述运算放大器的输出端，所述第七电阻的另一端连接于所述第五电阻与所述第六热敏电阻之间。

4.如权利要求2所述的过热保护电路，其特征在于，所述温度采集模块还包括第一电容，所述第一电容的两极分别连接于所述第一稳压二极管的两极。

5.如权利要求2所述的过热保护电路，其特征在于，所述温度采集模块还包括第二电容，所述第二电容的两极分别连接于所述第二三极管的发射极和所述电源负极。

6.如权利要求1所述的过热保护电路，其特征在于，所述开关模块还包括第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的负极连接于所述开关元件的第一极，所述第二稳压二极管的正极连接于所述开关元件的第二极。

7.如权利要求1所述的过热保护电路，其特征在于，所述开关模块还包括第八电阻，所述第八电阻的两端分别与所述温度采集模块的输出端和所述第一三极管的基极连接。

8.如权利要求1所述的过热保护电路，其特征在于，所述开关元件为PMOS管，所述PMOS管的源极为所述开关元件的第一极，所述PMOS管的栅极为所述开关元件的第二极，所述PMOS管的漏极为所述开关元件的第三极。

9.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求1-8任意一项所述的过热保护电路。

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