超温保护电路及现场快速检验仪器的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种超温保护电路及现场快速检验仪器。

背景技术：

poct仪器(现场快速检验仪器)因其具有体积小、操作简单、报告结果及时等特点，不受时间、地点的限制，可对病人进行及时检测并快速获得检测结果。

poct仪器中主要是通过恒温控制系统对测试卡内的反应物进行恒温控制，以使试剂活性达到最佳温度，而实现对注入的血样进行准确的分析。现有的poct仪器的恒温控制系统，通常由以下几部分组成：1、单面或者双面微型加热器，内含有温度传感器；2、电源变换器；3、mcu控制单元。这三部分形成了一个闭环，实现对测试卡内的反应物进行恒温控制。

正常状态下，以上的工作过程不存在缺陷。但是在mcu、电源变换器或温度传感器中的一个或多个出现故障时，可能发生电源使能控制失效、温度检测不准、mcu控制单元的dac端输出不正确等情况，可能会导致poct仪器中加热器实际的加热温度过高或过低，温度过低会导致试剂活性不佳，影响测试结果，温度过高，轻则降低仪器寿命，重则损坏仪器。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种超温保护电路及现场快速检验仪器，旨在解决目前的poct仪器(现场快速检验仪器)，因mcu、电源变换器或温度传感器中的一个或多个出现故障时，导致仪器中的加热元件温度过高或过低，影响测试结果，易损坏仪器的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种超温保护电路及现场快速检验仪器。

该超温保护电路包括感温模块、比较电路、可控开关、温控回路和置于温控回路中的加热元件，所述感温模块的输出端与所述比较电路连接；所述比较电路的输出端与所述可控开关的受控端连接；所述可控开关的输入端与供电电源连接，所述可控开关的输出端与所述温控回路连接，其中，

所述感温模块，用于检测加热元件的温度，并转换为对应的电压检测信号后输出；

所述比较电路，用于在所述电压检测信号对应的检测电压值大于上限基准电压值时输出第一控制信号，在所述电压检测信号对应的检测电压值小于下限基准电压值时输出第二控制信号；

所述可控开关，用于在接收到所述第一控制信号时关断，在接收到所述第二控制信号时开启；

所述温控回路，用于在所述可控开关开启时，控制所述加热元件进行加热工作，在所述可控开关关断时，控制所述加热元件停止加热工作。

可选地，所述感温模块包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻的第一端与第一供电电源连接，所述热敏电阻的第二端与分压电阻的第一端连接；所述分压电阻的第二端接地；所述热敏电阻和所述分压电阻的公共端为所述感温模块的输出端。

可选地，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻，所述负温度系数热敏电阻的第一端为所述热敏电阻的第一端，所述负温度系数热敏电阻的第二端为所述热敏电阻的第二端。

可选地，所述比较电路包括电压比较器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的第一端接第二供电电源，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端接地；所述电压比较器的反相输入端为所述比较电路的输入端，所述电压比较器的同相输入端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接，所述电压比较器的输出端为所述比较电路的输出端；所述第三电阻的第一端与所述电压比较器的同相输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述电压比较器的输出端连接。

可选地，所述电压比较器为滞回比较器。

可选地，所述温控回路包括电源变换器、主控制器、温度传感器和加热元件，所述电源变换器的输入端与所述可控开关的输出端连接，所述电源变换器的电压反馈端与所述主控制器的dac端连接，所述电源变换器的输出端与所述加热元件的第一端连接；所述加热元件的第二端接地；所述温度传感器的输出端与所述主控制器的adc端连接，所述温度传感器靠近加热元件设置；其中，所述电源变换器，用于将供电电源输出的电压转换为对应的工作电压输出至所述加热元件；所述温度传感器，用于检测所述加热元件的温度，并将检测到的温度信号输出至所述主控制器；所述主控制器，用于根据所述温度信号输出对应的控制指令至所述电源变换器以控制所述电源变换器输出相应的所述工作电压，以为所述加热元件供电。

可选地，所述电源变换器为dc-dc变换器，所述dc-dc变换器的输入端为所述电源变换器的输入端，所述dc-dc变换器的使能端为所述电源变换器的使能端，所述dc-dc变换器的电压反馈端为所述电源变换器的电压反馈端，所述dc-dc变换器的输出端为所述电源变换器的输出端。

可选地，所述主控制器为mcu，所述mcu的dac端为所述主控制器的dac端，所述mcu的adc端为所述主控制器的adc端。

可选地，所述可控开关为mos管或继电器，所述mos管的栅极为所述可控开关的受控端，所述mos的漏极为所述可控开关的输入端，所述mos管的源极为所述可控开关的输入端；所述继电器线圈的第一端为所述可控开关的受控端，所述继电器线圈的第二端接第三电源，所述继电器的动触点为所述可控开关的输入端，所述继电器的静触点为所述可控开关的输出端。

本发明还提出一种现场快速检验仪器，该现场快速检验仪器包括上述超温保护电路。

该超温保护电路包括感温模块、比较电路、可控开关、温控回路和置于温控回路中的加热元件，所述感温模块的输出端与所述比较电路连接；所述比较电路的输出端与所述可控开关的受控端连接；所述可控开关的输入端与供电电源连接，所述可控开关的输出端与所述温控回路连接，其中，所述感温模块，用于检测加热元件的温度，并转换为对应的电压检测信号后输出；所述比较电路，用于在所述电压检测信号对应的检测电压值大于上限基准电压值时输出第一控制信号，在所述电压检测信号对应的检测电压值小于下限基准电压值时输出第二控制信号；所述可控开关，用于在接收到所述第一控制信号时关断，在接收到所述第二控制信号时开启；所述温控回路，用于在所述可控开关开启时，控制所述加热元件进行加热工作，在所述可控开关关断时，控制所述加热元件停止加热工作。

本发明通过设置感温模块检测加热元件的温度，当加热元件的温度逐渐升高，并由感温模块检测到超温时，由感温模块将此温度信号转换为对应的电压检测信号输出至比较电路，并由比较电路判断此电压检测信号大于预设的上限基准电压值，进而输出第一控制信号至可控开关，控制可控开关关断，温控回路无电源供电，加热元件开始降温；当温度降低至一定值时，由感温模块检测到此温度值，并将此温度信号转换为对应的电压检测信号输出至比较电路，并由比较电路判断此电压检测信号小于预设的下限基准电压值，进而输出第二控制信号至可控开关，控制可控开关导通，温控回路接通电源，加热元件开始升温；当温度升至超温时，重复以上过程，如此循环，实现超温状态下的超温保护。本发明解决了poct仪器中，因mcu、电源变换器或温度传感器中的一个或多个出现故障时，导致仪器中的加热元件温度过高或过低，影响测试结果，易损坏仪器的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明超温保护电路的功能模块示意图；

图2为图1超温保护电路一实施例的电路结构示意图；

图3为图1超温保护电路另一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种超温保护电路，应用于现场快速检验仪器中。

参照图1，在本发明一实施例中，该超温保护电路包括感温模块100、比较电路200、可控开关300、温控回路400和置于温控回路中的加热元件410，所述感温模块100的输出端与所述比较电路200连接；所述比较电路200的输出端与所述可控开关300的受控端连接；所述可控开关300的输入端与供电电源连接，所述可控开关300的输出端与所述温控回路400连接。

本实施例中，所述感温模块100，用于检测加热元件410的温度，并转换为对应的电压检测信号后输出。感温模块100可以采用热敏电阻或者感温棒实现，也可以采用热敏电阻和一电阻组成分压电路实现温度检测，此处不限。

本实施例中，所述比较电路200，用于在所述电压检测信号对应的检测电压值大于上限基准电压值时输出第一控制信号，在所述电压检测信号对应的检测电压值小于下限基准电压值时输出第二控制信号。比较电路200可以采用滞回比较器、双门限比较器或555定时器等器件或芯片来实现上限基准电压值和下限基准电压值的设置，此处不限。

本实施例中，所述可控开关300，用于在接收到所述第一控制信号时关断，在接收到所述第二控制信号时开启。可控开关可以采用mos管或继电器等实现，此处不限。

所述温控回路400，用于在所述可控开关开启时，控制所述加热元件410进行加热工作，在所述可控开关关断时，控制所述加热元件410停止加热工作。

可以理解的是，比较电路200根据输入电压信号的逐渐增大或逐渐减小(即对应加热元件410温度的升高或降低)，可以产生两个不同的基准电压值，即上限基准电压值和下限基准电压值，对应该超温保护电路的动作温度和复位温度。

本实施例中，该超温保护电路应用于poct仪器中，在正常工作情况下，因加热元件410的最大温度与超温限值之间有较大的温差，设备不会出现超温现象。当poct仪器温度逐渐升高，出现超温现象时，感温模块100检测到加热元件410的温度达到超温限值，即达到该超温保护电路的动作温度，并将此温度信号转换为对应的电压检测信号后输出至比较电路200，比较电路200将此电压检测信号与预设的上限基准电压值比较，并判断该电压检测信号大于上限基准电压值，进而输出第一控制信号控制可控开关300关断，进而使温控回路400中的加热元件410与供电电源断开，加热元件410开始降温，此为第一阶段；当加热元件410温度值降至该超温保护电路的复位温度时，感温模块100将检测到此温度值，并转换为对应的电压检测信号后输出至比较电路200，进而使比较电路200将此电压信号与预设的下限基准电压值比较，并判断该电压检测信号小于下限基准电压值，进而输出第二控制信号控制可控开关300导通，温控回路400接通电源，加热元件410开始加热直至超温，此为第二阶段；超温后再次进入第一阶段，如此循环，即可实现超温状态下的超温保护。

在一实施例中，参照图2，所述感温模块100包括热敏电阻r4和分压电阻r5，所述热敏电阻r4的第一端与第一供电电源vcc1连接，所述热敏电阻r4的第二端与分压电阻r5的第一端连接；所述分压电阻r5的第二端接地；所述热敏电阻r4和所述分压电阻r5的公共端为所述感温模块100的输出端。

其中，热敏电阻r4可以采用负温度系数热敏电阻ntc来实现，负温度系数热敏电阻ntc的第一端为所述热敏电阻r4的第一端，负温度系数热敏电阻ntc的第二端为所述热敏电阻r4的第二端。

本实施例中，负温度系数热敏电阻ntc的第一端接第一供电电源vcc1，负温度系数热敏电阻ntc的第二端与分压电阻r5的第一端连接，分压电阻r5的第二端接地，负温度系数热敏电阻ntc和分压电阻r5通过串联分压用于将负温度系数热敏电阻ntc检测到的温度信号转换为电压信号后输出，即当负温度系数热敏电阻ntc检测到加热元件410的温度逐渐升高时，负温度系数热敏电阻ntc阻值变小，分压电阻r5两端分得的电压升高，进而输出分压电阻r5两端的高电压；同样的，当加热元件410温度逐渐降低时，负温度系数热敏电阻ntc阻值增大，分压电阻r5两端分得的电压降低，进而输出分压电阻r5两端的低电压。

可以理解的是，感温模块100由负温度系数热敏电阻ntc和一个分压电阻r5组成，当该超温保护电路应用于poct仪器中时，感温模块100可以独立于比较电路200和可控开关300设置，解决了传统温控开关感温模块100和断开控制部分一体不可分，造成安装空间受限制的问题。

在一实施例中，所述比较电路200包括电压比较器u1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，所述第一电阻r1的第一端接第二供电电源vcc2，所述第一电阻r1的第二端与所述第二电阻r2的第一端连接；所述第二电阻r2的第二端接地；所述电压比较器u1的反相输入端为所述比较电路200的输入端，所述电压比较器u1的同相输入端与所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的公共端连接，所述电压比较器u1的输出端为所述比较电路200的输出端；所述第三电阻r3的第一端与所述电压比较器u1的同相输入端连接，所述第三电阻r3的第二端与所述电压比较器u1的输出端连接。

其中，电压比较器u1可以采用滞回比较器来实现，滞回比较器可以根据需要保护的温度范围设置上限基准电压值和下限基准电压值。

本实施例中，第一电阻r1的第一端接第二供电电源vcc2，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端接地，第一电阻r1与第二电阻r2的公共端与滞回比较器的同相输入端连接，并接于第三电阻r3的第一端，第三电阻r3的第二端与电压比较器u1的输出端连接，电压比较器u1的反相输入端用于输入感温模块100的电压信号。第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3用于设置滞回比较器的两个基准电压值，即上限基准电压值和下限基准电压值，且通过改变第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3的阻值即可调整滞回比较器的两个基准电压值大小，间接调整了该超温保护电路的动作温度和复位温度。当感温模块100输出的电压逐渐增大，即滞回比较器反相输入端的电压由小增大，且低于滞回比较器同相输入端的电压值时，滞回比较器输出端输出高电平的电压信号，并通过第三电阻r3形成反馈电压，并与第一电阻r1和第二电阻r2配合使用，形成该滞回比较器的上限基准电压值，当感温模块100输出的电压逐渐增大至大于该上限基准电压值时，滞回比较器输出端输出低电平的电压控制信号；当感温模块100输出的电压逐渐减小，即滞回比较器反相输入端的电压由大变小，且高于滞回比较器同相输入端的电压值时，滞回比较器输出端输出低电平的电压信号，并通过第三电阻r3形成反馈电压，并与第一电阻r1和第二电阻r2配合使用，形成该滞回比较器的下限基准电压值，当感温模块100输出的电压小于该下限基准电压值时，滞回比较器输出高电平的电压控制信号。

可以理解的是，通过调整第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3的阻值，可以调整滞回比较器的两个基准电压值，即可合理的配置该超温保护电路的动作温度和复位温度，解决了传统温控开关只能按特定温度值进行超温保护的缺陷。

在一实施例中，所述温控回路包括电源变换器420、主控制器430、温度传感器440和加热元件r6(410)，所述电源变换器420的输入端与所述可控开关300的输出端连接，所述电源变换器420的电压反馈端与所述主控制器430的dac端连接，所述电源变换器420的输出端与所述加热元件r6的第一端连接；所述加热元件r6的第二端接地；所述温度传感器440的输出端与所述主控制器430的adc端连接，所述温度传感器440靠近加热元件r6设置；其中，所述电源变换器420，用于将第三供电电源vcc3输出的电压转换为对应的工作电压输出至所述加热元件r6；所述温度传感器440，用于检测所述加热元件r6的温度，并将检测到的温度信号输出至所述主控制器430；所述主控制器430，用于根据所述温度信号控制所述电源变换器420输出相应的所述工作电压，以为所述加热元件r6供电。

其中，所述电源变换器420为dc-dc变换器，所述dc-dc变换器的输入端为所述电源变换器的输入端，所述dc-dc变换器的使能端为所述电源变换器420的使能端，所述dc-dc变换器的电压反馈端为所述电源变换器420的电压反馈端，所述dc-dc变换器的输出端为所述电源变换器420的输出端。

本实施例中，当可控开关300导通时，第三电源vcc3经可控开关300向温控回路400供电，dc-dc变换器输出端连接加热元件r6，并将第三电源vcc3的电源电压转换为对应的工作电压输出至加热元件r6，加热元件r6在dc-dc变换器输出端提供的电压作用下开始加热，并由温度传感器440检测加热元件r6的温度，温度传感器440的输出端与主控制器430的adc端连接，温度传感器440将检测到的加热元件r6的温度信号转换为电压信号，并经主控制器430的adc端将模拟电压信号转换为可供主控制器430识别的数字信号后输出至主控制器430，主控制器430将此时温度值与设定温度值比较，并根据比较结果输出控制指令至主控制器430的dac端，通过主控制器430的dac端将此数字指令转换为模拟指令经dc-dc变换器的电压反馈端输出至dc-dc变换器，以控制dc-dc变换器的调节dc-dc变换器输出端的电压，进而调节加热元件r6的发热量，以达到对温控回路400温度的调节与控制。

可理解的是，dc-dc变换器还设置有使能端，用于接收mcu输出的使能信号，以控制dc-dc变换器的输出，例如当mcu输出一高电平的控制信号至该使能脚时，dc-dc变换器将转换后的电源输出至加热元件r6，当mcu输出一低电平的控制信号至该使能脚时，dc-dc变换器则停止供电。当然在其他实施例中，也可以通过低电平使能，此处不做限制。当出现dc-dc变换器的使能端控制失效、主控制器430跑飞等情况时，加热元件r6温度升高。负温度系数热敏电阻ntc检测到加热元件r6的温度逐渐升高，负温度系数热敏电阻ntc阻值逐渐变小，分压电阻r5两端分得的电压逐渐升高，进而输出分压电阻r5两端的高电压信号至电压比较器u1的反相输入端，当此电压值达到动作温度所对应的电压比较器u1的上限基准电压值时，即电压比较器u1反相输入端的电压大于同相输入端的电压时，电压比较器u1输出低电平的电压控制信号，进而控制可控开关300关断，第三电源vcc3停止向温控回路400供电，加热元件r6温度开始降低，此为第一阶段；当负温度系数热敏电阻ntc检测到加热元件410的温度逐渐降低，负温度系数热敏电阻ntc阻值逐渐升高，分压电阻r5两端分得的电压逐渐减小，进而输出分压电阻r5两端的低电压信号至电压比较器u1的反相输入端，当此低电压信号达到电压比较器u1的下限基准电压值时，即电压比较器u1反相输入端的电压小于同相输入端的电压时，电压比较器u1输出高电平的电压控制信号，进而控制可控开关300导通，加热元件r6开始加热，直至超温，此为第二阶段；超温后再次进入第一阶段，如此循环，即可实现超温状态下的超温保护。

本实施例中，电压比较器u1的输出端可以与主控制器430连接，由主控器对电压比较器u1输出电压进行检测，以对电压比较器u1的工作状态进行判断并处理。

本发明通过设置感温模块100检测加热元件r6的温度，当加热元件410的温度逐渐升高，并由感温模块100检测到超温时，由感温模块100将此温度信号转换为对应的电压检测信号输出至比较电路200，并由比较电路200判断此电压检测信号大于预设的上限基准电压值，进而输出第一控制信号至可控开关300，控制可控开关300关断，温控回路400无电源供电，加热元件r6开始降温；当温度降低至一定值时，由感温模块100检测到此温度值，并将此温度信号转换为对应的电压检测信号输出至比较电路200，并由比较电路200判断此电压检测信号小于预设的下限基准电压值，进而输出第二控制信号至可控开关300，控制可控开关300导通，温控回路400接通电源，加热元件r6开始升温；当温度升至超温时，重复以上过程，如此循环，实现超温状态下的超温保护。本发明解决了poct仪器中，因mcu、电源变换器420或温度传感器440中的一个或多个出现故障时，导致仪器中的加热元件温度过高或过低，影响测试结果，易损坏仪器的问题。

参照图2，在一可选实施例中，所述主控制器430为mcu，所述mcu的dac端为所述主控制器430的dac端，所述mcu的adc端为所述主控制器430的adc端。

在其它实施例中，主控制器430也可以采用dsp、fpga等微处理器来实现，此处不做限制。

参照图2或图3，在一可选实施例中，所述可控开关300为mos管或继电器，所述mos管的栅极为所述可控开关300的受控端，所述mos的漏极为所述可控开关300的输入端，所述mos管的源极为所述可控开关300的输出端；所述继电器线圈的第一端为所述可控开关300的受控端，所述继电器线圈的第二端接第三电源vcc3，所述继电器的动触点为为所述可控开关300的输入端，所述继电器的静触点为所述可控开关300的输出端。

在本实施例中，可控开关300可以采用mos管、继电器等开关来实现。以nmos管为例，当比较电路200输出一个高电平的电压控制信号，且达到nmos管的导通阈值时，nmos管导通；当比较电路200输出一个低电平的电压控制信号时，nmos管截止。

可以理解的是，当可控开关300为mos管，dc-dc变换器输出端的电压在0～5v范围内进行连续调节时，mos管的位置可以如图2所示位置放置，若将其置于图3所示位置，受mos管特性的影响，会影响dc-dc变换器输出端的电压在0～5v范围内的连续调节；当dc-dc变换器输出端的电压在大于5v的范围进行连续调节时，mos管的位置除图2所示位置放置外，还可以将其放置于加热回路中，如图3所示。当可控开关300为继电器时，图2与图3的两种放置方法均可以。即该超温保护电路既可以应用于低电压(例如0～5v范围)场合，也可以应用于高电压场合。

本发明还提出一种现场快速检验仪器，所述现场快速检验仪器包括如上所述的超温保护电路。该超温保护电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明现场快速检验仪器中使用了上述超温保护电路，因此，本发明现场快速检验仪器的实施例包括上述超温保护电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。