过温保护电路及电子产品的制作方法

本实用新型涉及过温保护电路技术领域，尤其涉及一种过温保护电路及电子产品。

背景技术：

在ac/dc电源设计中，通常会有一个保护功能：过温保护，即当温度高于某个值后，会触发保护功能，从而使整个芯片进入非正常工作状态。请参考图1所示，传统的具有过温保护电路功能的ac/dc电源系统通常主要由ac输入电源100、二极管整流桥101、稳压电容c102、变压器原边电感l103、副边电感l104、原边功率mos管m105、副边整流二极管d106、输出电阻r107、输出电容c108、原边检测电阻r112、二极管d115，采样电阻r111，热敏电阻r113(ntc)，电压比较器110组成。其中，电压比较器110作为过温保护电路10的主要部分，其连接在采样电阻r111和热敏电阻r113(ntc)的串联节点上，用于实现采样电压vsample与固定参考电压vref的比较，以得到过温检测结果。二极管d115的阳极接入的vk电压是一个与输出电压vout相关的电压，其电压值具体为：vk＝ko×(vout+vd106)，vd106为副边整流二极管d106两端的电压，k0为一个固定倍数。热敏电阻r113(ntc)是一个负温度系数热敏电阻，其特性为温度越高，电阻阻值r(t)越低，其公式如下：

其中，r(t)是热敏电阻r113(ntc)在温度t下的阻值；r0表示热敏电阻r113(ntc)在常温下的温度，t0表示常温；b是热敏电阻r113(ntc)的工艺参数。

热敏电阻r113(ntc)与采样电阻r111进行串联分压得到采样电压vsample，然后将其与固定参考电压vref进行比较，从而得到过温检测结果。具体地，由图1，我们可得：

vk＝(vout+vd115)×k0.................................................(3)

由公式(2)和(3)可得：

上述公式(4)中，vout表示输出电压，vd106表示副边整流二极管d106两端的电压，vd115表示二极管d115两端的电压；r113(t)表示热敏电阻r113的阻值，与温度t相关，是温度的函数，其计算公式为公式(1)。

从上文已知，热敏电阻r113与温度单调负相关。因此，由公式(4)可知：vsample是一个与温度单调正相关的电压，即温度越高，vsample越高。

比较器110比较固定参考电压vref与采样电压vsample，因此，随着温度升高，当到达某个温度(即过温保护温度阈值)时，vsample大于vref，就会触发过温保护。假设过温保护温度阈值为tcth，过温保护阈值点对应的vsample电压为vsample_th，则当温度到达tcth时，由公式(4)可得：

从上式可得：

从公示(5)可知，tcth与vout相关。因此在同一系统参数且不同输出电压vout下，触发的过温保护阈值点tcth将不一致，其差值计算如下：

假设有两种电压输出：vout0和vout1，其对应的过温保护阈值点分别为tcth0和tcth1，我们可得：

由公式(6)和公式(7)可得：

在公式(8)中，δv表示两种不同输出电压vout0和vout1之间的差值，δrorg表示在两种不同输出电压vout0和vout1下，过温保护阈值对应的热敏电阻r113的电阻值差值，δrorg越大，表示两种不同输出电压下的过温保护阈值点tcth0、tcth1之间相差越大。而且从公示(8)可知，δrorg与δv强相关。

我们假设：k0＝2.33，r111＝1kohm，vref＝0.308v，vout1＝3v，vout2＝5v，

由公式(8)可得：δrorg＝15kohm。

我们以热敏电阻r113选型为vishayntcle100e3(100kohm)电阻,作为参考，查表可得，假设vout0＝3v对应的过温保护阈值点tcth0为120℃，则vout1＝5v对应的过温保护阈值点tcth1为60℃，两者差值高达60℃。

显然，上述的过温保护电路10因为只针对某一个固定的输出电压，当输出电压改变后，触发的过温保护阈值点tcth不同，进而使得过温保护功能将变得不准确，由此，也不能再用于某些需要多电压输出(即输出电压不同)的产品应用中(比如快速充电系列的充电器产品等)。

因此，如何在某些需要多电压输出产品中实现准确的过温保护功能也成为本领域技术人员亟待解决的一个关键技术问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种过温保护电路及电子产品，能够在需要多电压输出的产品中也实现准确的过温保护功能。

为实现上述目的，本实用新型提供一种过温保护电路，包括：

采样模块，所述采样模块具有用于接收一外部电压的电压输入端、用于根据所述外部电压输出与当前温度有关的第一采样电压的第一输出端和用于根据所述外部电压输出与当前温度无关的第二采样电压的第二输出端；以及，

过温保护模块，所述过温保护模块包括用于根据所述当前温度和其接收的电压输出相应电压的采样保持器、用于使得其输出的电压与其接收的电压呈函数关系的参考电压产生器以及用于电压比较的比较器；

其中，所述采样保持器的电压接收端连接所述第二输出端，所述采样保持器的输出端连接所述参考电压产生器的电压接收端，所述比较器的一个输入端连接所述参考电压产生器的输出端，所述比较器的另一输入端连接所述第一输出端，所述比较器的输出端输出过温保护信号；或者，

所述参考电压产生器的电压接收端连接所述第二输出端，所述参考电压产生器的输出端连接所述采样保持器的电压接收端，所述比较器的一个输入端连接所述采样保持器的输出端，所述比较器的另一输入端连接所述第一输出端，所述比较器的输出端输出过温保护信号。

可选地，所述采样模块还包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻以及热敏电阻，其中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联在所述采样模块的电压输入端和地之间，且所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间的串联节点为所述第二输出端；所述第三分压电阻和所述热敏电阻串联在所述采样模块的电压输入端和地之间，且所述第三分压电阻和所述热敏电阻之间的串联节点为所述第一输出端。

可选地，所述采样模块还包括串联在所述热敏电阻和所述采样模块的电压输入端之间的二极管。

可选地，所述函数关系为线性关系。

可选地，所述函数关系为比例关系。

基于同一实用新型构思，本实用新型还提供一种电子产品，包括本实用新型所述的过温保护电路。

可选地，所述电子产品还包括用于产生所述外部电压的供电模块。

可选地，所述供电模块包括ac输入电源、整流桥、稳压电容、变压器原边电感、变压器副边电感、原边功率mos管、副边整流二极管、输出电阻、输出电容以及原边检测电阻，所述ac输入电源的一端接地，另一端连接所述整流桥的输入端，所述整流桥的输出端连接所述稳压电容的一端以及所述变压器原边电感的一端，所述稳压电容的另一端接地，所述原边功率mos管和所述原边检测电阻串联在所述变压器原边电感的另一端和地之间，所述副边整流二极管和所述输出电阻串联在所述变压器副边电感的两端之间，且所述输出电阻和所述变压器副边电感的串联节点接地，所述输出电容的一端连接所述副边整流二极管和所述输出电阻之间的串联节点，所述输出电容的另一端接地。

可选地，所述电子产品为开关电源产品。

可选地，所述开关电源产品为充电器、led照明设备、通讯设备、仪器仪表设备、医疗设备、计算机机箱或便携式数码设备。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

通过采样模块采集一个与当前温度和输入的外部电压均相关的第一采样电压和一个与当前温度无关但与输入的外部电压相关的第二采样电压，并根据第二采样电压产生参考电压，继而使得参考电压能够和所述外部电压相关，通过参考电压与第二采样电压中的外部电压部分的互相抵消，使得过温保护阈值点与所述外部电压的相关性大大降低，甚至是完全不相关，即，在过温保护电路接收的外部电压变化时，该过温保护电路还能在相同或相近的温度阈值点对产品进行准确的过温保护，因此能满足某些需要多电压输出或输入的产品的过温⁺保护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为现有的具有过温保护功能的ac/dc电源系统的电路结构示意图。

图2是本实用新型一实施例的过温保护电路的电路结构示意图。

图3是本实用新型一实施例的电子产品的电路结构示意图。

图4是本实用新型另一实施例的过温保护电路的电路结构示意图。

图5是本实用新型另一实施例的电子产品的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

正如背景技术中所述，在传统的具有过温保护电路的ac/dc电源中，过温保护电路的参考电压是一个固定值，并不随着ac/dc电源的输出电压vout改变而改变，这是造成传统过温保护电路不适用多电压输出的产品的原因。因此，本实用新型通过改变过温保护电路中的采样模块和比较模块，使得参考电压与vout相关，通过参考电压与输出电压vout的互相抵消，使得过温保护阈值点tcth1与vout相关性大大降低。

下面结合附图2至5以及具体的实施例来对本实用新型的过温保护电路以及应用该过温保护电路的电子产品做详细的介绍。

请参考图2，本实用新型一实施例提供一种过温保护电路，包括采样模块20和过温保护模块30。所述采样模块20用于接收一外部电压vk，并根据所述外部电压vk产生一与当前温度有关的第一采样电压vsample以及一与当前温度无关的第二采样电压vdem。本实施例中，所述采样模块20包括二极管d115、第一分压电阻r109、第二分压电阻r110、第三分压电阻r111以及热敏电阻r113，其中，所述第一分压电阻r109和所述第二分压电阻r110串联在所述采样模块20的电压输入端vk和地之间，且所述第一分压电阻r109和所述第二分压电阻r110之间的串联节点n1为所述采样模块20的第二输出端，用于输出第二采样电压vdem。所述第三分压电阻r111和所述热敏电阻r113串联在所述采样模块的电压输入端vk和地之间，且所述第三分压电阻r111和所述热敏电阻r113之间的串联节点n2为所述采样模块20的第一输出端，用于输出第一采样电压vsample。二极管d115串联在所述热敏电阻r113和所述采样模块20的电压输入端vk之间，用于对采样模块的输入进行稳压。

所述过温保护模块30用于根据采样模块20的采样结果实现准确的过温保护功能，所述过温保护模块30包括用于根据所述当前温度t和其接收的电压输出相应电压的采样保持器314、用于使得其输出的电压与其接收的电压呈函数关系的参考电压产生器315以及用于电压比较的比较器316。本实施例中，所述采样保持器314的电压接收端连接所述第二输出端(即节点n1)，以接收第二采样电压vdem，所述采样保持器314的输出端连接所述参考电压产生器315的电压接收端，所述采样保持器314依据当前温度将所述第二采样电压vdem采样为参考电压产生器315所需的电压vdemg_sample，参考电压产生器315能够使得其输出的电压与输入其中的电压转化为函数关系，例如线性关系或比例关系(正比关系)等，即将电压vdemg_sample通过相应的函数关系转化为参考电压vref，所述比较器316的一个输入端连接所述参考电压产生器315的输出端，所述比较器316的另一输入端连接所述第一输出端(即节点n2)，以接收第一采样电压vsample，所述比较器316比较第一采样电压vsample和参考电压vref的大小，并根据比较结果过温保护信号otp_en。所述采样保持器314可以是本领域技术人员熟知的采样保持芯片，所述参考电压产生器可以是以由乘法器以及减法器等组成的电路。热敏电阻r113为一个负温度系数热敏电阻，其特性为温度越高，电阻阻值r(t)越低，其阻值公式如背景技术中的公式(1)所示，在此不再赘述。在本实用新型的其他实施例中，热敏电阻r113也可以选用正温度系数热敏电阻。

本实施例中，二极管d115的阳极接入的外部电压vk是一个与输出电压vout相关的电压，其电压值具体为：vk＝k0×(vout+vd106)，vd106为副边整流二极管d106两端的电压，k0为一个固定倍数。因此，本实施例的过温保护电路的工作原理是：第一分压电阻r109和第二分压电阻r110来检测外部电压vk(即电压产生模块的输出电压vout)，并输出与当前温度无关的第二采样电压vdem，然后通过采样保持器314对第二采样电压vdem进行采样，产生vdemg_sample电压，再通过参考电压产生器315对vdemg_sample电压进行函数关系处理，产生参考电压vref；第三分压电阻r111和热敏电阻r112也来检测外部电压vk(即供电模块的输出电压vout)，并输出与当前温度有关的第一采样电压vsample；最后第一采样电压vsample与vref通过比较器316进行比较，得到过温保护信号otp_en。

下面以参考电压产生器315的功能是使得其输出电压与其输入电压呈线性关系为例，并结合图3来详细说明本实施例的过温保护电路的效果。即，此时，vref＝k1*(vdemg_sample-voffset)，其中voffset＝vd115*r110/(r110+r109)；为了简化公式，我们假设vdemg_sample等于vdem。

由此可得：其中vd115为二极管d115两端的压差。同时从图3可知：

vk＝(vout+vd106)×k0.................................................(9)

从公式(9)、(10)、(11)可得：

将上式代入公式(5)，可得：

从上式(13)可以看到，过温保护阈值点tcth与vout无关。因此，当输出电压vout不同时，过温保护阈值点tcth是完全相同的。

由此说明本实施例的过温保护电路，其过温保护阈值点tcth与其接收的外部电压vk的变化无关(即供与电模块的输出电压vout的变化无关)，能够适用于多种电压输出或输入的电子产品的过温保护功能的需求。

需要说明的是，本实用新型的技术方案中，参考电压产生器315的函数关系不仅仅限于上述的线性关系，还可以是其他函数关系，例如二次函数关系、比例关系等。其中，比例关系相当于是将上述的参考电压产生器315的功能进一步进行简化，使得参考电压产生器315简化后的功能是使得其输出电压与其输入电压呈比例关系，即vref＝k1*vdemg_sample。k1为比例常数，当k1大于或等于1时，为正比关系，当k1大于0且小于1时为反比关系。这种情况下，过温保护电路的过温保护阈值点tcth与外部电压vk的变化仍然相关(即与供电模块的输出电压vout的变化仍然相关)，但相关性较传统的过温保护电路，会大大降低。具体地，结合图2和图3可知：

vk＝(vout+vd106)×k0................................................(14)

vref＝k1×vdem.....................................................(16)

从公式(14)、(15)、(16)可得：

将上式代入公式(5)，可得：

从上式(18)可以看到，过温保护阈值点tcth仍然与vout相关。但实际上，相对于图1所示的传统的过温保护电路的过温检测，不同vout造成的过温保护阈值点tcth偏差将会变小很多，具体分析如下：

假设有供电模块有两种输出电压：vout0和vout1，其对应的参考电压分别为vref0和vref1，对应的过温保护阈值点(即两个温度阈值)分别为tcth0和tcth1，输出电压vout0和vout1的差值为δv。

由公式(15)可得：

由公式(18)可得：

通过公式(19)～(22)，可得：

为了方便与图1所示的传统的过温保护电路进行比较，我们假设输出vout0作为系统的一个基准点，所以相应地，vref0与图1中的vref相等。

对比公式(8)得到：

通常

所以公式(23)对应的热敏电阻差值δrmod将远小于公式(8)对应的热敏电阻差值δrorg，所以不同的输出电压下，过温保护阈值点的差值也大大减小。

下面我们举实例验证此过温保护电路较图1中所示的传统的过温保护电路的优越性。为了方便对比，我们假设本实用新型的过温保护电路和图1中所示的传统的过温保护电路具有相同的系统参数，即：k0＝2.33，r111＝1kohm(kω)，vout0＝3v，vout1＝5v，r109＝18kohm，r110＝200kohm，vd115＝0.6v，vd106＝0.5v。

由公式(17)可知：当vout0＝3v时，vref0＝0.308v，此值与图1中所示的传统的过温保护电路中的vref相等。

由公式(23)可得，δrmod＝706ohm，远远小于δrorg＝15kohm。

同样以热敏电阻r113选型为vishayntcle100e3(100k)电阻时作为参考，查表可得，假如vout0＝3v对应的过温保护阈值点tcth0为120℃，则vout1＝5v对应的过温保护阈值点tcth1为112℃，两者差值仅为8℃。相较于传统的过温保护电路的tcth0和tcth1之间的差值60℃，明显要好很多。

因此，即使本实施例的参考电压产生器315的函数关系简化为比例关系，本实施例的过温保护电路依旧能够满足一些多电压输出或输入的电子产品的过温保护需求，能够为其提供准确的过温保护功能。

基于同一实用新型构思，请参考图3，本实用新型一实施例还提供一种电子产品，包括图2所示的过温保护电路。其中，所述电子产品还包括用于产生所述过温保护电路所需的外部电压vk的供电模块。本实施例中，所述供电模块包括ac输入电源100、整流桥101、稳压电容c102、变压器原边电感l103、变压器副边电感l104、原边功率mos管m105、副边整流二极管d106、输出电阻r107、输出电容c108以及原边检测电阻r112，所述ac输入电源100的一端接地，另一端连接所述整流桥101的输入端，所述整流桥101的输出端连接所述稳压电容c102的一端以及所述变压器原边电感l103的一端，所述稳压电容c102的另一端接地，所述原边功率mos管m105和所述原边检测电阻r112串联在所述变压器原边电感l103的另一端和地之间，所述副边整流二极管d106和所述输出电阻r107串联在所述变压器副边电感l104的两端之间，且所述输出电阻r107和所述变压器副边电感l104的串联节点n3接地，所述输出电容c108的一端连接所述副边整流二极管d106和所述输出电阻r107之间的串联节点n4，所述输出电容c108的另一端接地，且串联节点n4为所述供电模块的电压输出端，用于向外提供输出电压vout。本实施例中，采样模块20的二极管d115的阳极接入的外部电压vk是一个与输出电压vout相关的电压，其电压值具体为：vk＝k0×(vout+vd106)，vd106为副边整流二极管d106两端的电压，k0为一个固定倍数。

在本实用新型的一个实施例中，所述电子产品为开关电源产品。所述开关电源产品为工业自动化与控制设备、军事设备、科研设备、led照明设备、通讯设备、机电设备、仪器仪表设备、医疗设备、半导体制冷和加热设备、空气净化器、电冰箱、液晶显示设备、视听设备、计算机机箱、便携式数码设备等。

请参考图4，在本实用新型的另一实施例的过温保护电路中，还可以通过另一种方法产生参考电压。例如，将过温保护模块中的参考电压产生器和采样保持器的位置交换。具体地，所述过温保护电路包括采样模块20以及过温保护模块40，其中采样模块20的电路结构与图2所示的过温保护电路中的采样模块20相同，具体可以参考上文描述，在此不再赘述。过温保护模块40包括采样保持器415、参考电压产生器414以及比较器416，其中，所述参考电压产生器414的电压接收端连接所述第二输出端(即节点n1)，以接收第二采样电压vdem，所述参考电压产生器414的输出端连接所述采样保持器415的电压接收端，所述比较器416的一个输入端连接所述采样保持器415的输出端，所述比较器416+的另一输入端连接所述第一输出端(即节点n2)，以接收第一采样电压vsample，所述比较器416的输出端输出过温保护信号otp_en。

本实施例的过温保护电路的工作原理如下：第一分压电阻r109和第二分压电阻r110来检测外部电压vk(即电压产生模块的输出电压vout)，并输出与当前温度无关的第二采样电压vdem，参考电压产生器414对第二采样电压vdem进行函数关系处理，产生vref_pre信号，然后再通过采样保持器415来依据当前温度对vref_pre信号进行采样，产生参考电压vref信号；第三分压电阻r111和热敏电阻r112也来检测外部电压vk(即供电模块的输出电压vout)，并输出与当前温度有关的第一采样电压vsample；最后第一采样电压vsample与vref通过比较器416进行比较，得到过温保护信号otp_en。当参考电压产生器414的功能是使得其输出电压与其输入电压呈线性关系或比例关系时，参考电压vref仍旧是与(vout+vd106)线性相关的，即vref＝k1*(vdem-voffset)或者vref＝k1*vdem，其中voffset＝vd115*r110/(r110+r109)。也就是说，本实施例的过温保护电路和图2所示的实施例的过温保护电路在本质上是相同的，能够实现相同的过温保护效果，区别只是在于采样保持的位置不同。因此，本实施例的过温保护电路具体如何降低或者避免过温保护阈值点和外部电压的变化之间的相关性(即如何避免过温保护阈值点与供电模块的输出电压vout的变化之间的相关性)的具体分析过程可参考上文所述，在此不再赘述。

请参考图5，基于此，本实施例还提供一种电子产品，包括如图4所示的过温保护电路。其中，所述电子产品还包括用于产生所述过温保护电路所需的外部电压vk的供电模块。本实施例中，所述供电模块包括ac输入电源100、整流桥101、稳压电容c102、变压器原边电感l103、变压器副边电感l104、原边功率mos管m105、副边整流二极管d106、输出电阻r107、输出电容c108以及原边检测电阻r112，所述ac输入电源100的一端接地，另一端连接所述整流桥101的输入端，所述整流桥101的输出端连接所述稳压电容c102的一端以及所述变压器原边电感l103的一端，所述稳压电容c102的另一端接地，所述原边功率mos管m105和所述原边检测电阻r112串联在所述变压器原边电感l103的另一端和地之间，所述副边整流二极管d106和所述输出电阻r107串联在所述变压器副边电感l104的两端之间，且所述输出电阻r107和所述变压器副边电感l104的串联节点n3接地，所述输出电容c108的一端连接所述副边整流二极管d106和所述输出电阻r107之间的串联节点n4，所述输出电容c108的另一端接地，且串联节点n4为所述供电模块的电压输出端，用于向外提供输出电压vout。本实施例中，采样模块20的二极管d115的阳极接入的外部电压vk是一个与输出电压vout相关的电压，其电压值具体为：vk＝k0×(vout+vd106)，vd106为副边整流二极管d106两端的电压，k0为一个固定倍数。

在本实用新型的一个实施例中，所述电子产品为开关电源产品。所述开关电源产品为工业自动化与控制设备、军事设备、科研设备、led照明设备、通讯设备、机电设备、仪器仪表设备、医疗设备、半导体制冷和加热设备、空气净化器、电冰箱、液晶显示设备、视听设备、计算机机箱、便携式数码设备等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。