CN115249997B - 一种实现渐变式温度保护的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现渐变式温度保护的电路，包括：温度检测模块、渐变控制模块和输出电流控制模块；渐变控制模块包括第一电流镜开关管、渐变控制开关管和第一电流镜电路；第一电流镜开关管所在第一回路上的电流与温度检测模块的电流相同，温度检测模块的电流与温度正相关；渐变控制开关管串联在第一回路上且在温度检测模块的电流大于预设阈值时导通；第一电流镜电路包括第一开关管和第二开关管，第一开关管串联在第一回路上，第二开关管上的电流与第一回路上的电流相同；输出电流控制模块控制输出电流随着第二开关管上的电流增大而减小，直至为零。本发明能够延长电池供电电路的关断过程，从而降低电池供电电路的故障率，延长电池的寿命。

Description

一种实现渐变式温度保护的电路
技术领域
本发明涉及电池供电技术领域，具体涉及一种实现渐变式温度保护的电路。
背景技术
当电池供电电路在高温状态下进行工作时，其内部的功率器件以及集成电路控制芯片的参数均会出现较大变化，此时，电池供电电路会处于非正常工作状态；同时过高的温度也会缩短电池供电电路的功率器件以及集成电路控制芯片的寿命，因此，为了确保电池供电电路不会在高温下进行工作，通常在集成电路控制芯片内部设置温度保护模块，用于检测控制芯片的温度，当温度超过某一个阈值时，芯片关机，从而关断电池供电电路，当芯片的温度下降到正常温度时，芯片又重新启动，电池供电电路重新开始工作。
此时，电池供电电路重启时，通常会产生较大的尖峰电压和尖峰电流，而尖峰电压和尖峰电流的频繁出现，会提高电池供电电路中元器件的故障率，同时极易损坏电池供电电路的后端负载（电池）。
举例来说，如图1所示，图中左侧部分为电池供电电路，右侧部分为作为负载的电池，当电池供电电路内部出现某些故障，从而导致控制芯片温度上升时，如果此芯片采用现有技术中的温度保护方案，那么当芯片的温度达到某一个阈值时，芯片会关机，关机后，芯片温度会下降，芯片又会重新开机，此时，如果电池供电电路的故障没有消失，那么芯片的温度会再次升高，芯片会再次关机，之后温度下降，芯片又再次开机，循环往复，这样就会导致电池供电电路不停地关断和重启，尖峰电压和尖峰电流频繁出现，从而大大缩短电池供电电路和负载（电池）的寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种实现渐变式温度保护的电路，以解决现有温度保护电路容易导致电池供电电路不停地关断和重启，尖峰电压和尖峰电流频繁出现，从而导致电池供电电路和负载（电池）的寿命缩短的问题。
本发明实施例提供了一种实现渐变式温度保护的电路，包括：依次连接的温度检测模块、渐变控制模块和输出电流控制模块；
所述渐变控制模块包括第一电流镜开关管M6、渐变控制开关管M7和第一电流镜电路；所述第一电流镜开关管M6所在第一回路上的电流与所述温度检测模块的电流相同，所述温度检测模块的电流与温度正相关；所述渐变控制开关管M7串联在所述第一回路上、且在所述温度检测模块的电流大于预设阈值时导通；所述第一电流镜电路包括第一开关管M8和第二开关管M9，所述第一开关管M8串联在所述第一回路上，所述第二开关管M9上的电流与所述第一回路上的电流相同；
所述输出电流控制模块，用于控制输出电流随着所述第二开关管M9上的电流的增大而减小，直至为零，且所述输出电流为零时所述温度为预设温度。
可选的，所述输出电流控制模块包括基准信号产生单元、采样单元、第一比较单元和控制单元，所述采样单元用于采集得到用于指示输出电流大小的第一电信号，所述第一比较单元用于比较所述第一电信号和所述基准信号产生单元输出的基准电信号，所述控制单元基于所述第一比较单元输出的电信号控制负载回路实现逐渐通断；所述基准信号产生单元包括恒流源以及与所述恒流源串联的第一并联电路，所述第一并联电路和所述第二开关管M9并联，所述基准电信号与所述第一并联电路上流过的电流正相关。
可选的，所述控制单元包括串联在电源VDD与负载之间的第三开关管Mp；
所述采样单元包括第四开关管Ms和第一电阻rs1，所述第四开关管Ms的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第一电阻rs1的第一端连接，所述第三开关管Mp的受控端和所述第四开关管Ms的受控端连接，所述第一电阻rs1的第二端接地，所述第一电阻rs1的第一端用于输出所述第一电信号。
可选的，所述第三开关管Mp和所述第四开关管Ms的宽长比为M：1，其中M为正整数。
可选的，所述控制单元还包括第五开关管Ma；
所述第五开关管Ma的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第三开关管Mp的受控端连接，所述第五开关管Ma的受控端与所述第一比较单元的输出端连接。
可选的，所述第一并联电路包括第二电阻rs2，所述第二电阻rs2的第一端与所述恒流源的输出端连接，所述第二电阻rs2的第二端接地，所述第二电阻rs2的第一端用于输出所述基准电信号。
可选的，所述温度检测模块包括隔离电路、第三电阻r1、第五开关管M3、第六开关管M4、第一元器件和第二元器件；所述第一元器件和所述第二元器件的个数比为1：N，N为大于1的正整数；所述第一元器件和所述第二元器件的参数相同，所述第一元器件和所述第二元器件为二极管、集电极与基极连接的三极管、或栅极与漏极连接的场效应管，在输入电压恒定的情况下，所述第一元器件、所述第二元器件两端的电压降与温度正相关；
所述第五开关管M3和所述第六开关管M4的输入端接电源VDD；所述第五开关管M3、所述第六开关管M4的受控端均与所述第五开关管M3、所述第六开关管M4中的一个的输出端连接，所述第六开关管M4和所述第五开关管M3上的电流相同；
所述第一元器件的输入端通过所述隔离电路与所述第五开关管M3的输出端连接、所述第一元器件的输出端接地；所述第二元器件的输入端均依次通过所述第三电阻r1、所述隔离电路与所述第六开关管M4的输出端连接、所述第二元器件的输出端均接地。
可选的，所述隔离电路包括第七开关管M1和第八开关管M2，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的受控端连接，且与所述第七开关管M1和所述第八开关管M2中的一个的输入端连接，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的参数相同；所述第七开关管M1的输入端与所述第五开关管M3的输出端连接，所第七开关管M1的输出端与所述第一元器件的输入端连接，所述第八开关管M2的输入端与所述第六开关管M4的输出端连接，所述第八开关管M2的输出端通过所述第三电阻r1与所述第二元器件的输入端连接。
可选的，所述温度检测模块还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第二比较单元的另一个输入端接预设基准电压，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
可选的，所述温度检测模块还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元、L个并联的第十开关管M5′、第五电阻r3′和第六电阻r3；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第五电阻r3′的第一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第十开关管M5′的输入端连接，所述第十开关管M5′的受控端与所述第九开关管M5的受控端连接，所述第十开关管M5′的输出端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第六电阻r3的第二端接地，所述第二比较单元的另一个输入端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
本发明实施例还提供了一种实现渐变式温度保护的供电电路，包括上述的任一种实现渐变式温度保护的电路。
本发明实施例中，通过温度检测模块检测电池供电电路的工作温度，具体来说，温度检测模块的电流随着所述工作温度的增加而增加，而渐变控制模块中的第一回路在温度检测模块的电流大于预设阈值时导通，且第一回路导通后其电流与温度检测模块的电流相同，即第一回路导通后其电流随着温度检测模块的电流变化而变化。最后，输出电流控制模块控制电池供电电路向负载（电池）输出的电流随着第二开关管M9上的电流的增大而减小直至为零，而第二开关管M9上的电流与第一回路上的电流相同，也即与温度检测模块的电流相同。因此，本发明实施例实现了在电池供电电路的工作温度大于预设阈值时开始随着温度的升高而减小输出电流，直至所述工作温度达到预设温度时完全断开电池供电电路与负载（电池）的回路，从而延长电池供电电路的关断过程，减少电池供电电路反复关断和重启的循环次数，进而大大降低了电池供电电路的故障率，延长负载（电池）的寿命。而且，该实现渐变式温度保护的电路只在温度检测模块的电流大于预设阈值时才开始工作，也即当温度大于温度阈值时才开始工作，因此该实现渐变式温度保护的电路不影响电池供电电路在正常温度下的正常工作。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为一种带负载（电池）的电池供电电路的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种实现渐变式温度保护的电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种实现渐变式温度保护的电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的输出电流控制模块的电路结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种实现渐变式温度保护的电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种温度检测模块的电路结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种温度检测模块的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在以下各实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图2，本发明实施例提供了一种实现渐变式温度保护的电路，包括：依次连接的温度检测模块101、渐变控制模块102和输出电流控制模块103；
所述渐变控制模块102包括第一电流镜开关管M6、渐变控制开关管M7和第一电流镜电路；所述第一电流镜开关管M6所在第一回路上的电流与所述温度检测模块101的电流相同，当然，如果第一回路断开，那么第一回路上的电流为零，不与温度检测模块101的电流相同，所述温度检测模块101的电流与温度正相关；所述渐变控制开关管M7串联在所述第一回路上、且在所述温度检测模块101的电流大于预设阈值时导通；所述第一电流镜电路包括第一开关管M8和第二开关管M9，所述第一开关管M8串联在所述第一回路上，所述第二开关管M9上的电流与所述第一回路上的电流相同；其中，所述温度可以为电池供电电路的工作温度；
所述输出电流控制模块103，用于控制输出电流随着所述第二开关管M9上的电流的增大而减小，直至为零，且所述输出电流为零时所述温度为预设温度。其中，所述输出电流为电池供电电路向负载（电池）输出的电流。具体的，可以通过调整电路中相关元器件的参数以使得当所述温度上升至预设温度时，所述输出电流为零。
关于渐变控制模块102的工作原理，下面举例来具体说明：
假定电池供电电路需要进行温度保护的预设温度Tb为150℃，即温度达到150℃时，断开负载（电池）回路，使得电池供电电路停止工作，即输出电流为0A，从而保护了电池供电电路及其所连接的负载（电池）。
具体的，可以将温度检测模块101中触发温度保护的温度阈值Tm（所述温度达到所述温度阈值Tm时，所述温度检测模块101的电流等于预设阈值）设定为低于预设温度Tb，例如可将温度阈值Tm设定为100℃。因此，当温度在100℃以下时，未触发温度保护，所述第一回路的电流i4为0，在第一电流镜电路的作用下，第二开关管M9上的电流i5也为0A，输出电流不受温度检测模块101的影响。
当温度大于100℃时，开始进行温度保护，渐变控制开关管M7导通，此时所述第一回路的电流i4等于温度检测模块101的电流ic，在第一电流镜电路的作用下，第二开关管M9上的电流i5也等于温度检测模块101的电流ic。温度检测模块101的电流ic会随着温度的上升而增大，因此输出电流会随着温度的上升而减小，当温度上升至150℃时，输出电流为零。
本发明实施例中，所述第一电流镜开关管M6可以与温度检测模块101中的相关开关管组成电流镜电路，从而使得第一电流镜开关管M6所在的第一回路上的电流与温度检测模块101的电流相同。所述温度检测模块101可以是各种形式的温度检测电路模块，只要整个温度检测电路模块能够实现电流与温度正相关即可，例如可以是包括温度探测芯片或热敏电阻的电路。其中第一电流镜开关管M6可采用PMOS管或者PNP三极管，渐变控制开关管M7可采用NMOS管或者NPN三极管；第一开关管M8和第二开关管M9的参数相同，具体可以采用NMOS管或NPN三极管。
本发明实施例中，通过温度检测模块101检测电池供电电路的工作温度，具体来说，温度检测模块101的电流随着所述工作温度的增加而增加，而渐变控制模块102中的第一回路在温度检测模块101的电流大于预设阈值时导通，且第一回路导通后其电流与温度检测模块101的电流相同，即第一回路导通后其电流随着温度检测模块101的电流变化而变化。最后，输出电流控制模块103控制电池供电电路向负载（电池）输出的电流随着第二开关管M9上的电流的增大而减小直至为零，而第二开关管M9上的电流与第一回路上的电流相同，也即与温度检测模块101的电流相同。因此，本发明实施例实现了在电池供电电路的工作温度大于预设阈值时开始随着温度的升高而减小输出电流，直至所述工作温度达到预设温度时完全断开电池供电电路与负载（电池）的回路，从而延长电池供电电路的关断过程，减少电池供电电路反复关断和重启的循环次数，进而大大降低了电池供电电路的故障率，延长负载（电池）的寿命。而且，该实现渐变式温度保护的电路只在温度检测模块101的电流大于预设阈值时才开始工作，也即当温度大于温度阈值时才开始工作，因此该实现渐变式温度保护的电路不影响电池供电电路在正常温度下的正常工作。
本发明实施例提供的实现渐变式温度保护的电路可应用于电池供电电路内的集成电路控制芯片，从而使得芯片内部温度达到温度阈值时，芯片即开始进行缓慢关机，直到温度达到预设温度时，芯片彻底关机，从而渐变式减小输出电流，延长电池供电电路关断过程，减少电池供电电路反复关断和重启的循环次数，从而大大降低了电池供电电路的故障率，延长了负载（电池）的寿命。
一些具体的实施方式中，请参阅图3，所述输出电流控制模块103包括基准信号产生单元1031、采样单元1032、第一比较单元1033和控制单元1034，所述采样单元1032用于采集得到用于指示输出电流iout大小的第一电信号，所述第一比较单元1033用于比较所述第一电信号和所述基准信号产生单元1031输出的基准电信号，所述控制单元1034基于所述第一比较单元1033输出的电信号控制负载回路（即电池回路）实现逐渐通断；所述基准信号产生单元1031包括恒流源iref以及与所述恒流源iref串联的第一并联电路，所述第一并联电路和所述第二开关管M9并联，所述基准电信号与所述第一并联电路上流过的电流正相关。
具体的，请参阅图4和图5，第一比较单元1033可以是运算放大器EA。恒流源iref用作基准电流源。
本发明实施例中，随着温度的升高，温度检测模块101的电流变大，相对地，所述第二开关管M9上的电流也变大，而恒流源iref输出的电流恒定，因此与第二开关管M9并联的第一并联电路上的电流变小，而基准电信号与流过第一并联电路上的电流正相关，因此基准电信号也变小。在基准电信号变小的情况下，第一比较单元1033的输出发生变化，控制单元1034基于第一比较单元1033变化后的输出控制负载回路（即电池回路）逐渐断开以降低输出电流，具体过程将在下文具体说明。
另外，由上述可以看出，本发明实施例提供的输出电流控制模块103还可以实现对输出电流的限流作用。输出电流的最大值与恒流源iref输出的电流大小、第一并联电路的电路结构和各器件的参数、以及采样单元1032的电路结构和各器件的参数相关。
其中一些具体的实施方式中，请参阅图4和图5，所述控制单元1034包括串联在电源VDD与负载（电池）之间的第三开关管Mp（也可以称为功率开关管）；
所述采样单元1032包括第四开关管Ms（也可以称为采样开关管）和第一电阻rs1，所述第四开关管Ms的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第一电阻rs1的第一端连接，所述第三开关管Mp的受控端和所述第四开关管Ms的受控端连接，所述第一电阻rs1的第二端接地，所述第一电阻rs1的第一端用于输出所述第一电信号。
本发明实施例中，采样单元1032上的电流与所述输出电流呈正比例关系。
一些具体的实施方式中，所述第三开关管Mp和所述第四开关管Ms的宽长比为M：1，其中M为正整数。
具体的，所述第三开关管Mp可以由M个开关管并联组成，该M个开关管中的每一个开关管的参数均与所述第四开关管Ms相同。第三开关管Mp和第四开关管Ms可采用PMOS管或者PNP三极管。
本发明实施例中，所述第三开关管Mp和所述第四开关管Ms的宽长比为M：1，因此所述第四开关管Ms上的电流是所述第三开关管Mp上的电流的1/M，即采样电流is是输出电流iout的1/M。
其中一些具体的实施方式中，请参阅图4和图5，所述控制单元1034包括串联在电源VDD与负载（电池）之间的第三开关管Mp（也可以称为功率开关管），所述控制单元1034还包括第五开关管Ma（也可以称为控制开关管）；
所述第五开关管Ma的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第三开关管Mp的受控端连接，所述第五开关管Ma的受控端与所述第一比较单元1033的输出端连接。
具体的，第五开关管Ma可采用PMOS管或者PNP三极管。
当然，所述控制单元1034的具体形式并不受上述限制，还可以是各种形式的控制单元1034只要能够实现基于所述第一比较单元1033输出的电信号控制负载（电池）回路实现逐渐通断这一功能。
其中一些具体的实施方式中，请参阅图4和图5，所述第一并联电路包括第二电阻rs2，所述第二电阻rs2的第一端与所述恒流源iref的输出端连接，所述第二电阻rs2的第二端接地，所述第二电阻rs2的第一端用于输出所述基准电信号。
下面具体说明输出电流控制模块103的工作原理：
这里，将第一电阻rs1和第二电阻rs2的阻值均设计为rs，第五开关管Ma、第三开关管Mp和第四开关管Ms均采用PMOS管。
根据输出电流iout得到采样电流is，此时采样电流is流入第一电阻rs1中，从而产生电压v1，而恒流源iref产生的基准电流流入第二电阻rs2中，产生电压v2，因此可得：v1=rs1*iout*1/M，v2= rs2*iref。电压v1和电压v2分别与运算放大器EA的反相输入端和正相输入端连接，当输出电流iout较小时，采样电流is也较小，v1<v2，运算放大器EA的输出电压vc为高电平，第五开关管Ma处于截止状态；当输出电流iout逐渐增大时，采样电流is和电压v1也会随之增大，那么当iout>M*iref时，电压v1就会大于电压v2，故此时，运算放大器EA的输出电压vc为低电平，第五开关管Ma处于导通状态。
由上述分析可知，随着输出电流iout的增大，电压v1会越来越大，运算放大器EA的输出vc会越来越小，因此，第五开关管Ma逐渐导通，随着第五开关管Ma逐渐导通，第三开关管Mp的栅极电压vg被逐渐拉到电源VDD的电压，导致第三开关管Mp的栅源电压差vgs逐渐减小，从而使得输出电流iout减小，这样就形成了负反馈，实现了对输出电流的限制。最终输出电流控制模块103达到平衡，且在输出电流控制模块103达到平衡时，输出电流iout为：iout=M*iref。
综上所述，通过上述输出电流控制模块103即可将输出电流限制在M*iref以下。
另外，在输出电流控制模块103达到平衡且输出电流iout为M*iref之后，如果电池供电电路的工作温度上升使得温度检测模块101的电流大于预设阈值，那么此时渐变控制模块102开始工作，即渐变控制开关管M7导通从而第一回路导通，由上文可知，第一回路中与所述温度检测模块101的电流相同，而渐变控制模块102中第二开关管M9上的电流与所述第一回路上的电流相同，恒流源iref输出的基准电流被第二开关管M9和第二电阻rs2分流，第二电阻rs2上的电流减小，v2相应减小，输出电流控制模块103再次达到平衡时，iout=M*（iref-ic），其中ic为温度检测模块101的电流。如果此时，电池供电电路的工作温度继续上升，温度检测模块101的电流相应增大，iout相应减小，当ic= iref时，iout=0。
一些具体的实施方式中，请参阅图5和图6，所述温度检测模块101包括：隔离电路、第三电阻r1、第五开关管M3、第六开关管M4、第一元器件和第二元器件；所述第一元器件和所述第二元器件的个数比为1：N，N为大于1的正整数；所述第一元器件和所述第二元器件的参数相同，所述第一元器件和所述第二元器件为二极管、集电极与基极连接的三极管、或栅极与漏极连接的场效应管，在输入电压恒定的情况下，所述第一元器件、所述第二元器件两端的电压降与温度正相关；所述第一元器件和所述第二元器件为三极管时具体可以是NPN三极管，所述第一元器件和所述第二元器件为场效应管时具体可以是NMOS管；
所述第五开关管M3和所述第六开关管M4的输入端接电源VDD；所述第五开关管M3、所述第六开关管M4的受控端均与所述第五开关管M3、所述第六开关管M4中的一个的输出端连接，所述第六开关管M4和所述第五开关管M3上的电流相同；
所述第一元器件的输入端通过所述隔离电路与所述第五开关管M3的输出端连接、所述第一元器件的输出端接地；所述第二元器件的输入端均依次通过所述第三电阻r1、所述隔离电路与所述第六开关管M4的输出端连接、所述第二元器件的输出端均接地，也即是说所有的第二元器件并联。
具体的，第五开关管M3和第六开关管M4形成电流镜电路，第五开关管M3和第六开关管M4的参数相同，可以采用PMOS管或PNP三极管。第三电阻r1、第一元器件和所述第二元器件形成温度检测电路。
其中一些具体的实施方式中，所述隔离电路包括第七开关管M1和第八开关管M2，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的受控端连接，且与所述第七开关管M1和所述第八开关管M2中的一个的输入端连接，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的参数相同；所述第七开关管M1的输入端与所述第五开关管M3的输出端连接，所第七开关管M1的输出端与所述第一元器件的输入端连接，所述第八开关管M2的输入端与所述第六开关管M4的输出端连接，所述第八开关管M2的输出端通过所述第三电阻r1与所述第二元器件的输入端连接。
其中，第七开关管M1和第八开关管M2的参数相同，可以采用NMOS管，也可以采用NPN三极管。
其中一些具体的实施方式中，所述温度检测模块101还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第二比较单元的另一个输入端接预设基准电压，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
其中，所述第九开关管M5与第五开关管M3、第六开关管M4一起形成电流镜电路，可以称为第二电流镜电路，第九开关管M5的参数与第五开关管M3、第六开关管M4的参数相同。第四电阻r2和第二比较单元形成比较器输出电路。第二比较单元具体可以是比较器COM。
下面举例说明温度检测模块101的工作原理，其中，第九开关管M5与第五开关管M3、第六开关管M4为参数相同的PMOS管，第七开关管M1和第八开关管M2是参数完全相同的NMOS管。第一元器件为三极管Q1、第二元器件为三极管Q2，三极管Q1和三极管Q2的参数相同。第二比较单元是比较器COM。
请参阅图5和图6，由于第九开关管M5、第五开关管M3与第六开关管M4构成第二电流镜电路，因此，可得i1=i2=i3，又由于第七开关管M1和第八开关管M2是参数完全相同的NMOS管，且流过第七开关管M1和第八开关管M2中的电流完全相等，分别为i1和i2，因此，第七开关管M1的栅极和源极之间的电压差vgs1等于第八开关管M2的栅极和源极之间的电压差vgs2，而由于第七开关管M1的栅极与第八开关管M2的栅极相连，因此，第七开关管M1的栅极电压vg1等于第八开关管M2的栅极电压vg2，故第七开关管M1的源极电压vs1等于第八开关管M2的源极电压vs2，即vs1= vs2。
三极管Q1和三极管Q2的基极均与集电极相连，因此，流向三极管Q1和三极管Q2的集电极的电流i1和i2均直接从基极和发射极之间的二极管Dbe流入GND，故此时，二极管Dbe的压降vbe为：vbe= vt*ln（ic/is），其中，vt为热电压，其大小和绝对温度成正比，ic为流过二极管Dbe的电流，ic=i1=i2=i3，is为二极管Dbe的反向饱和电流，其大小和三极管的并联个数成正比。
由于三极管Q1和三极管Q2的发射极均接地，因此，三极管Q1的发射极电压ve1和三极管Q2的发射极电压ve2均为0，故可得三极管Q1的基极与发射极之间的电压vbe1=vb1，三极管Q2的基极与发射极之间的电压vbe2=vb2，由于vs1=vb1，vs2=vr1+vb2，因此，可得：vs1= vbe1=vt*ln（i1/is）、vs2= vt*ln（i2/（N* is））+i2*r1。
由于vs1= vs2，且i1=i2=i3=ic，那么：vt*ln（ic/（N* is））+ic*r1= vt*ln（ic/is），解析该式可得：ic = vt*（lnN）/r1。
输入至比较器COM的一个输入端的电压vx= ic*r2= vt*（lnN）*r2/r1，由于vt和绝对温度成正比，因此电压vx会随着温度的升高而升高，当温度超过一定阈值时，vx会高于基准电压vref，使得比较器COM的输出vy变为高电平，从而触发温度保护。另外，由于vt=k*T/q，其中，k是玻尔兹曼常数，q是单位电荷量，因此当vx=vref时，可得：k*T/q *（lnN）*r2/r1=vref，根据该式可得：触发温度保护的预设阈值Tm= vref* r1*q/（k* r2*lnN）。因此，当温度高于Tm时，比较器COM的输出vy为高电平，触发温度保护，当温度低于Tm时，比较器COM的输出vy为低电平，未触发温度保护。
作为可替换的实施方式，请参阅图7，所述温度检测模块101还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元、L个并联的第十开关管M5′、第五电阻r3′和第六电阻r3；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第五电阻r3′的第一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第十开关管M5′的输入端连接，所述第十开关管M5′的受控端与所述第九开关管M5的受控端连接，所述第十开关管M5′的输出端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第六电阻r3的第二端接地，所述第二比较单元的另一个输入端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
其中，第九开关管M5和第十开关管M5′的参数可以相同。与图6所示的温度检测模块101相比，本发明实施例提供的温度检测模块101中，输入至所述第二比较单元的另一个输入端的电压不是预设基准电压，而是第六电阻r3上的电压。第二比较单元是比较器COM。
本发明实施例也可以实现：当温度高于Tm时，比较器COM的输出vy为高电平，触发温度保护，当温度低于Tm时，比较器COM的输出vy为低电平，不触发温度保护。
下面再结合上述的温度检测模块101说明一下渐变控制模块102的工作原理。
请参阅图5，假定电池供电电路需要进行温度保护的预设温度Tb为150℃，即温度达到150℃时，断开负载（电池）回路，使得电池供电电路停止工作，即输出电流为0A，从而保护了电池供电电路及其所连接的负载（电池）。
具体的，可以将温度检测模块101中触发温度保护的温度阈值Tm（所述温度达到所述温度阈值Tm时，所述温度检测模块101的电流等于预设阈值）设定为低于预设温度Tb，例如可将温度阈值Tm设定为100℃。因此：
当温度在100℃以下时，比较器COM的输出vy为低电平，未触发温度保护，渐变控制开关管M7关断，所述第一回路的电流i4为0，在第一电流镜电路的作用下，第二开关管M9上的电流i5也为0A，故此时，流入第二电阻rs2中的电流仍为基准电流iref，输出电流控制模块103的限流值不受温度检测模块101的影响，仍为M*iref，从而输出电流也不受温度检测模块101的影响，在负反馈平衡时为M*iref。
当温度大于100℃时，比较器COM的输出vy变为高电平，开始进行温度保护，渐变控制开关管M7导通，此时第一电流镜开关管M6与M3、M4和M5共同构成电流镜电路，因此，电流i4等于电流i3，且由于M8和M9构成了第一电流镜电路，因此，电流i5等于电流i4，故此时，可得i5=i3，由上文所述的温度检测模块101的工作原理可知，i5=i3=ic = vt*（lnN）/r1。此时，由于电流i5的产生，从而抽走了恒流源的部分电流，使得流入第二电阻rs2中的电流值减小，即irs2=iref-i5= iref- vt*（lnN）/r1，因此，输出电流控制模块103相应的限流值也变为M*（iref- vt*（lnN）/r1）。而由于vt随着温度的增加而增大，所以vt*（lnN）/r1也随温度的增加而增大，因此，限流值会随着温度的增加而减小，通过合理选择恒流源的电流iref、N、r1和第一元器件（第二元器件），即可使得在150℃时：iref= vt*（lnN）/r1=k*（T/q）*（lnN）/r1，其中T为150℃所对应的开尔文温度值。因此，在150℃时，输出电流控制模块103的限流值变为0A，从而第三开关管Mp被关断，使得电池供电电路停止工作，从而保护了电池供电电路及其所连接的负载（电池）。
本发明实施例，利用渐变控制模块102将温度检测模块101和输出电流控制模块103进行串联控制，从而使得输出电流控制模块103的限流值不再是一个固定值，而是一个可以受温度控制的可变值。因此，当希望在预设温度为150℃时，控制电池供电电路可以停止工作，此时，可在某个低于150℃的温度阈值（如100℃）即开始进行温度保护，逐渐减小限流值，例如限流值的正常值是500mA，在100℃时开始逐渐减小限流值，在110℃时，将限流值减小到400mA，在120℃时，将限流值减小到300mA，以此类推，最后在150℃时，将限流值减小到0mA，从而控制电池供电电路在150℃时停止工作。
本发明实施例还提供了一种实现渐变式温度保护的供电电路，包括上述的任一种实现渐变式温度保护的电路。且能够达到相同的技术效果，详细请参阅上文，这里不再赘述。
当然，所述实现渐变式温度保护的供电电路还可以包括其他实现供电功能所需的电路结构，例如可以包括除温度保护以外的其他保护电路结构。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种实现渐变式温度保护的电路，其特征在于，包括：依次连接的温度检测模块、渐变控制模块和输出电流控制模块；
所述渐变控制模块包括第一电流镜开关管M6、渐变控制开关管M7和第一电流镜电路；所述第一电流镜开关管M6所在第一回路上的电流与所述温度检测模块的电流相同，所述温度检测模块的电流与温度正相关；所述渐变控制开关管M7串联在所述第一回路上、且在所述温度检测模块的电流大于预设阈值时导通；所述第一电流镜电路包括第一开关管M8和第二开关管M9，所述第一开关管M8串联在所述第一回路上，所述第二开关管M9上的电流与所述第一回路上的电流相同；
所述输出电流控制模块，用于控制输出电流随着所述第二开关管M9上的电流的增大而减小，直至为零，且所述输出电流为零时所述温度为预设温度；所述输出电流控制模块包括基准信号产生单元、采样单元、第一比较单元和控制单元，所述采样单元用于采集得到用于指示输出电流大小的第一电信号，所述第一比较单元用于比较所述第一电信号和所述基准信号产生单元输出的基准电信号，所述控制单元基于所述第一比较单元输出的电信号控制负载回路实现逐渐通断；所述基准信号产生单元包括恒流源以及与所述恒流源串联的第一并联电路，所述第一并联电路和所述第二开关管M9并联，所述基准电信号与所述第一并联电路上流过的电流正相关。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元包括串联在电源VDD与负载之间的第三开关管Mp；
所述采样单元包括第四开关管Ms和第一电阻rs1，所述第四开关管Ms的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第一电阻rs1的第一端连接，所述第三开关管Mp的受控端和所述第四开关管Ms的受控端连接，所述第一电阻rs1的第二端接地，所述第一电阻rs1的第一端用于输出所述第一电信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第三开关管Mp和所述第四开关管Ms的宽长比为M：1，其中M为正整数。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述控制单元还包括第五开关管Ma；
所述第五开关管Ma的一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第三开关管Mp的受控端连接，所述第五开关管Ma的受控端与所述第一比较单元的输出端连接。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一并联电路包括第二电阻rs2，所述第二电阻rs2的第一端与所述恒流源的输出端连接，所述第二电阻rs2的第二端接地，所述第二电阻rs2的第一端用于输出所述基准电信号。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述温度检测模块包括隔离电路、第三电阻r1、第五开关管M3、第六开关管M4、第一元器件和第二元器件；所述第一元器件和所述第二元器件的个数比为1：N，N为大于1的正整数；所述第一元器件和所述第二元器件的参数相同，所述第一元器件和所述第二元器件为二极管、集电极与基极连接的三极管、或栅极与漏极连接的场效应管，在输入电压恒定的情况下，所述第一元器件、所述第二元器件两端的电压降与温度正相关；
所述第五开关管M3和所述第六开关管M4的输入端接电源VDD；所述第五开关管M3、所述第六开关管M4的受控端均与所述第五开关管M3、所述第六开关管M4中的一个的输出端连接，所述第六开关管M4和所述第五开关管M3上的电流相同；
所述第一元器件的输入端通过所述隔离电路与所述第五开关管M3的输出端连接、所述第一元器件的输出端接地；所述第二元器件的输入端均依次通过所述第三电阻r1、所述隔离电路与所述第六开关管M4的输出端连接、所述第二元器件的输出端均接地。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述隔离电路包括第七开关管M1和第八开关管M2，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的受控端连接，且与所述第七开关管M1和所述第八开关管M2中的一个的输入端连接，所述第七开关管M1和所述第八开关管M2的参数相同；所述第七开关管M1的输入端与所述第五开关管M3的输出端连接，所第七开关管M1的输出端与所述第一元器件的输入端连接，所述第八开关管M2的输入端与所述第六开关管M4的输出端连接，所述第八开关管M2的输出端通过所述第三电阻r1与所述第二元器件的输入端连接。
8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述温度检测模块还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第二比较单元的另一个输入端接预设基准电压，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
9.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述温度检测模块还包括第九开关管M5、第四电阻r2、第二比较单元、L个并联的第十开关管M5′、第五电阻r3′和第六电阻r3；
所述第九开关管M5的输入端与所述电源VDD连接、输出端与所述第四电阻r2的第一端连接，所述第九开关管M5的受控端与所述第六开关管M4的受控端连接，所述第四电阻r2的第二端接地，所述第四电阻r2的第一端还与所述第二比较单元的一个输入端连接，所述第五电阻r3′的第一端与所述电源VDD连接、另一端与所述第十开关管M5′的输入端连接，所述第十开关管M5′的受控端与所述第九开关管M5的受控端连接，所述第十开关管M5′的输出端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第六电阻r3的第二端接地，所述第二比较单元的另一个输入端与所述第六电阻r3的第一端连接，所述第二比较单元的输出端与所述渐变控制开关管M7的受控端连接。
10.一种实现渐变式温度保护的供电电路，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的实现渐变式温度保护的电路。
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